4.3 Радиоактивни елементи
Радиоактивните елементи (радионуклиди) са широко разпространени в почвите и почвообразуващите скали. Радиоактивността (естествена) е явление на спонтанно превръщане (разпад) на нестабилни изотопи на един химичен елемент в изотоп на друг, придружено от ά-, β- и γ-лъчения. Радиоактивността на почвите се дължи на наличието в тях на радиоактивни елементи от естествен и антропогенен произход. В тази връзка се прави разлика между естествена и изкуствена радиоактивност. Изразява се чрез брой ядрени разпади за единица време и се измерва в бекерели (1 Bq = 1 разпад/s) или в единици активност на радиоактивни изотопи – кюри (1 Ci = 3,7 10 10 Bq).
Естествена радиоактивност.Естествените радионуклиди се считат за тези, които са се образували и постоянно се преобразуват без човешка намеса.
Естествената радиоактивност се дължи на две групи радиоактивни елементи: първични, които се съдържат в изходните скали и влизат в състава на почвите, и космогенни - постъпващи в почвата от атмосферата, чието образуване става при взаимодействието на космическото лъчение с ядрата на стабилни елементи.
Всички първични природни радиоактивни елементи са предимно дълготрайни, с период на полуразпад от 10 8 -10 17 години, които вероятно са се появили едновременно с образуването на Земята. Най-голям принос за естествената радиоактивност на почвите има радиоактивният изотоп 40 K, който представлява повече от 50% от естествената радиоактивност на почвите, както и калций ( 48 Ca), рубидий ( 87 Rb), уран ( 238 U), радий ( 226 Ra), торий ( 232 Th). Основният източник на тези елементи в почвите са почвообразуващите скали. Те се различават значително един от друг по концентрацията на естествените радиоактивни елементи.
В почви, естествени радиоактивниелементите присъстват в ултрамикроконцентрации в рамките на n10 -4 - n10 -12%. На земното кълбо има зони с повишено ниво на естествена радиоактивност на почвата. Естествено радиоактивни вещества във високи концентрации се намират в местата на техния добив, техническо използване и заравяне.
Съдържанието на естествени радионуклиди в почвата варира както хоризонтално, така и вертикално. В хоризонтална (меридионална) посока концентрациите им нарастват от оподзолени почви към сиви почви: блатни почви → оподзолени почви → дерново-подзолисти почви → сиви горски почви → черноземи → кестенови почви → сиви почви (табл. 33).
Концентрация на основните естествени радиоизотопи в почвите (Kovrigo V.P., 2008)
Средно за света земно покритие
Особеността на разпределението на радиоактивността във вертикалната равнина (по протежение на генетичните хоризонти) зависи от характера на почвообразуващия процес.
В черноземи, тъмносиви горски, кестенови, полупустинни и пустинни почви, чието образуване не е свързано с активна трансформация и движение на компоненти на твърдата фаза, разпределението на естествените радиоактивни елементи по почвения профил се характеризира със слаба диференциация. В лесостепните почви и почвите на степните райони профилната диференциация на съдържанието на радиоелементи съвпада с типичните профилни модели на промени в техния гранулометричен състав, железни и алуминиеви оксиди.
Подзолизацията, засоляването, лесивирането, солонцирането водят до отстраняване на естествени радионуклиди от елувиалните (горните) хоризонти към илувиалните с последващо натрупване, където концентрацията на радионуклиди се увеличава 1,5-3 пъти в сравнение с основната скала. Уранът се отлага върху глеевите бариерипоради което се получава обогатяване на хидроморфни почви с този елемент.
Изкуствена радиоактивност.Понастоящем са известни повече от 1300 изкуствени радионуклида, от които най-опасни са изотопите 90 Sr, 137 Cs, 144 Ce. Времето на полуразпад на стронция е 28 години, а на цезия - 30 години. Те се характеризират с висока радиационна енергия и са способни да участват активно в биологичния цикъл. Изкуствените (техногенни) радионуклиди условно се разделят на три групи: радиоактивни продукти на делене (най-важните от които са 89 Sr, 90 Sr, 137 Cs, 134 Cs, 131 I, 131 Ce, 144 Ce); индуцирани продукти на активиране (включително 54 Mn, 60 Co, 55 Fe, 59 Fe, 65 Zn); трансуранови елементи (сред които най-дългоживеещи са 237 Np, 239 Np, 239 Pu, 244 Pu, 241 Am, 242 Cm, 243 Cm, 244 Cm).
Artificial radioactivity is caused by the entry into the soil of radioactive isotopes generated as a result of atomic and thermonuclear explosions, in the form of waste from the nuclear industry, as a result of accidents at nuclear plants, the application of phosphate fertilizers (often containing uranium isotopes), ash emissions from thermal power plants operating on coal and oil shale containing uranium, radium, thorium, polonium. Радиоелементите се пренасят от вятър, дъжд и потоци от топене, разширявайки зоните на радиоактивно замърсяване на почвената покривка и природните води, излагайки живите организми на радиоактивно облъчване. По време на работа на АЕЦ във външната среда постъпват интензивно мигриращи продукти на делене - 90 Sr, 137 Cs, 131 I, както и нуклиди с индуцирана активност - 54 Mn, 60 Co, 65 Zn.
Съдържанието на радионуклиди в почвата се увеличава с въвеждането на мелиоранти, органични и минерални торове, съдържащи радиоактивни вещества. По този начин активността на 1 kg фосфатни торове е:суперфосфат - 120 Bq, обогатен концентрат - 70 Bq. При средни дози на тези торове (60 kg/ha) в почвата се въвеждат допълнително радионуклиди, чиято активност в 60 kg торове е 1,35·106 Bq. Радиоактивността на почвата се повишава при варуване поради 48 Ca, чиято концентрация в естествената смес от калциеви изотопи е 0,19%.
Радиоактивното замърсяване на почвата не влияе върху нивото на плодородие, но води до натрупване на радионуклиди в растениевъдството. Въпреки това, с увеличаване на нивото на плодородие, концентрацията на радионуклиди в културата намалява поради увеличаване на биомасата на културата. Засилването на антагонизма между йоните на радионуклидите и въведените соли (Ca - Sr, K - Cs) предотвратява навлизането на стронций и цезий в растенията.
Понастоящем почвата е основният източник на радионуклиди в селскостопанските продукти. (Препоръки, 1991). Повечето от изкуствените радионуклиди се фиксират от компонентите на твърдата фаза на почвата, поради което се натрупват в горната част на почвения профил. В почви с лек гранулометричен състав радионуклидите проникват по-дълбоко, отколкото в тежки почви, в резултат на което могат да достигнат нивото на почвата и подземните води и да навлязат с тях в речната мрежа.
Миграцията на радионуклидите в почвите е бавна и повечето от тях в момента са в слоя 0-5 см. Икономическата дейност на човека, по-специално разораването на земята, води до доста равномерно разпределение на радионуклидите в обработваемия слой. Оранът с обръщането на слоя предизвиква движение на радионуклидите в дълбочината на почвата, а прилагането на торове и вар рязко намалява тяхното навлизане в култивираните растения (с 4-5 пъти).