Проведение экспериментальных исследований распределения радиоактивных в-в влечет за собой значительные затраты времени и средств. Поэтому представляет очевидный практический интерес использование математических моделей, позволяющих быстро находить содержание радионуклидов в почве в любой момент времени. Результаты математического моделирования могут быть в дальнейшем использованы для анализа экол. последствий распространения загрязняющих в-в в районе расположения предприятий ядерного топливного цикла. Предлагается конвективно-диффузионная модель распространения радионуклидов в толще грунта под хранилищами твердых радиоактивных отходов, основанная на применении аналитических подходов. Процесс распространения загрязняющих в-в описывается дифференциальным ур-нием нестационарной диффузии с учетом вертикального нисходящего движения почвенной влаги. Получено выражение, позволяющее рассчитать содержание нуклидов в почве для любого момента времени. Проведен анализ экспериментальных замеров радиоактивности, полученных для случая реально существующего хранилища. Приведены расчеты конц-ии стронция-90, и результаты сопоставлены с данными измерений в известных работах. Отмечается одинаковый характер расчетных и экспериментальных кривых распределения {90}Sr по глубине почвенного слоя. При учете данных об изменении содержания радионуклидов с глубиной, позволяющих смоделировать изменение подвижной части исследуемого радионуклида в почвенном профиле в вертикальном направлении, наблюдается одинаковый характер изменения расчетного и измеренного содержания нуклидов в почве. Такой анализ может давать представление о загрязнении почвы без проведения трудоемких и сложных в технологическом плане измерений содержания нуклидов в грунте. Универсальность модели позволяет использовать ее для анализа параметров загрязнения окружающей среды в районе схожих объектов.

Для 15 регионов россии загрязнение почв тяжелыми металлами рассматривается в качестве приоритетной экол. проблемы или приобретает характер экол. кризиса. Для исследования воздействия поллютантов на почвенный покров необходимо изучение биол. составляющей. Связано это с тем, что в отличие от методов физико-хим. контроля, биол. анализ позволяет выявить не только степень загрязнения и интенсивность воздействий, но и проследить динамику деградации экосистемы во времени и пространстве. Среди обитателей почвы в наибольшей степени требованиям к выбору биоиндикаторов отвечают дождевые черви. Заглатывая грунт, они соприкасаются с загрязнителями изнутри, а не только снаружи. Эти животные многочисленны, оседлы, с малым индивидуальным участком обитания. Они обладают сравнительно крупными размерами, что удобно для анатомирования. Их обмен веществ и размножение интенсивны, а жизнь достаточно продолжительна. Изучение биоиндикационной роли дождевых червей на содержание в почве различных конц-ий тяжелых металлов необходимо организовывать как в полевых, так и в лабораторных условиях. В изучении популяции люмбрицид целесообразно проанализировать следующие параметры: видовой состав, численность, биомассу, возрастную структуру и вертикальную стратификацию. Кроме того, необходимо исследовать строение поверхностного эпителия и покровов кишечника, т. к. именно они в наибольшей степени соприкасаются с загрязнителем. При учете всех вышеперечисленных условий возможна организация научного эксперимента по изучению биоиндикационной роли дождевых червей на содержание в почвах тяжелых металлов.

Подавляющая часть техногенных источников тяжелых металлов сконцентрирована в индустриальных центрах. в этой связи нами были проведены исследования по оценке содержаний тяжелых металлов в компонентах агроэкосистем, расположенных в зонах влияния ряда крупных промышленно–индустриальных центров Беларуси: Минска, Могилева и Гомеля. Методика опробования включала отбор почвенных и растительных образцов с интервалом 0,5, 1, 3, 5, 10 км по основным радиальным направлениям. В образцах почв и растительности атомно-адсорбционным методом анализировались валовые содержания Ni, Cu, Pb, Zn, Cd. В результате исследований содержаний тяжелых металлов в агроэкосистемах пригородных зон было установлено, что вокруг городов формируются биогеохим. ореолы загрязнения радиусом до 10 км. Основным загрязняющим в-вом выступает Pb, содержания которого в почвах и растениях превышают регионально-фоновый уровень с локальными аномалиями выше ПДК для почв и МДУ для растений. Аномальными конц-иями Zn характеризуются почвы пригородов Минска и Гомеля, для Могилева его содержания не выходят за пределы фоновых значений. В растениях содержание металла повсеместно превышает фон, в отдельных случаях – МДУ. Максимальными значениями Cd, превышающими фон, в отдельных случаях ПДК в почвах и МДУ в растениях, характеризуются агроэкосистемы в пригородах Могилева. Для Минска и Гомеля содержания элемента в компонентах агроэкосистем превышающие регионально-фоновые значения, но не выходят за предельно допустимые нормы. Уровень содержания меди в почвах не является экологически опасными, однако в растениях конц-ии элемента значительны и в 2-3 раза превышают фон в агроэкосистемах Минска и Могилева, для Гомеля – находятся в пределах фона. Накопление никеля в почвах пригородных территорий незначительно превышает фоновый уровень, в растениях агроэкосистем Минска и Могилева – не превышает фон, для Гомеля – более чем в 4 раза превышает фоновый уровень. Т. обр., агроэкосистемы в зонах воздействия крупных пром. центров представляют собой зоны экол. проблем и требуют постоянного контроля за состоянием слагающих их компонентов.

Работа посвящена решению проблемы дезактивации грунта на территории бывшего военгородка N 6 в 5-м квартале Васильевского острова (Санкт-Петербург). Очистка грунтов от радионуклидов является слабо изученным вопросом. Разработан способ извлечения радионуклидов из грунтов путем флотации с ПАВ. Однако этот метод может быть использован только в том случае, если радионуклиды образуют собственную фазу или сокристаллизованы с каким-либо минералом. В стадии исследований находится разработка электромиграционного выделения радионуклидов из грунтов. В данной работе предложен способ дезактивации грунта путем промывания его раствором соли железа (3+). Катион Fe{3+} вытесняет радионуклиды с поверхности минералов в жидкую фазу, из которой {90}Sr может быть выделен соосаждением с карбонатом кальция.

В современных условиях чернобыльской зоны отчуждения при полном прекращении с.-х. деятельности и зарастании территории практически прекратилось действием таких факторов перераспределения радионуклидов, как вынос их с с.-х. и дефляция. Основными природными процессами миграции радионуклидов в настоящее время являются их заглубление в геол. среду с потоком инфильтрационной влаги и поверхностный эрозионный перенос с временными водными потоками. Оценка соотношения интенсивности этих процессов имеет не только теор. характер. От этого зависит правильное понимание сути автореабилитационных процессов, эффективность планирования защитных и реабилитационных мероприятий на конкретной территории, а значит, и направление финансовых инвестиций. По отдельности вопросы эрозионного смыва радионуклидов и вертикальной их миграции в геол. среде изучены довольно хорошо. Мощный импульс подобным исследованиям дала чернобыльская катастрофа. Гораздо реже проводились совместные исследования латеральной и вертикальной миграции на одних и тех же площадках, причем проведены они были в 1986-1987 гг., когда ощутимого вертикального переноса радионуклидов еще не происходило. По прошествии десяти лет после аварии вертикальная составляющая миграции стала намного значимей, чем в первое время после нее. Это послужило стимулом к дополнительным работам. Некоторые результаты изучения соотношения двух основных процессов миграции радионуклидов приведены в настоящей публикации.

Местность в зоне расположения бывшего производства красителей вблизи Рейна сильно загрязнена мышьяком. Зона площадью 2100 м{2} покрыта почвой с объемом 10000 м{3}, имеющей концентрацию мышьяка 60000 кг/кг. Грунтовая вода вблизи источника загрязнения содержит до 20 мг As/л. Очистка зоны путем полного удаления почвы невозможно из-за наличия зданий на части территории. Поэтому очистку подповерхностного слоя почвы от мышьяка осуществляли двумя способами: инъекцией химикатов, выделяющих сульфаты и органические вещества, для образования сульфида мышьяка, и созданием уклонов для удаления остатков растворенного мышьяка из растворов. Инъекционные барьеры устраиваются поперек потоков грунтовых вод для улавливания достаточного количества реагентов. Материал проницаемых сорбционных барьеров содержит гранулированный оксид железа, имеющий высокие удельную поверхность и сорбционную способность. С целью легкого обмена материала разработано заменяемое устройство. Процесс иммобилизации мышьяка контролируется мониторинговой системой.

Неизбежные повреждения магистральных нефтепродуктов, аварийные ситуации с различным нефтяным оборудованием при ее добычи, транспортировке, хранении, переработке приводят к утечке нефти и ее разливу по поверхности грунта и образовании нефтяной пленки. Последующая инфильтрация нефти в глубинные слои приводит к загрязнению поверхностных и подземных вод. Вблизи пром. зон это может стать составной компонентой экол. катастроф. Предпринята попытка оценить глубину проникновения нефтепродуктов при наличии нефтяной пленки на поверхности грунта на основании математической модели процесса инфильтрации. Основные исходные положения при построении математической модели достаточно хорошо известны. Мы рассмотрели капиллярную модель пористой среды. В рамках этой модели среда идеализируется как твердое тело, пронизанное прямолинейными вертикально расположенными капиллярами равной длины с неизменным по всей высоте диаметром. Аналитическое описание рассматриваемого процесса связано с капиллярной силой, силой вязкого трения, силой инерции, веса нефти в капилляре и веса нефти в нефтяной пленке. Такая постановка задачи приводит к необходимости решения дифференциального уравнения второго порядка, где неизвестной функцией является глубина проникновения нефти в грунт. Ввиду нелинейности полученного уравнения не представляется возможным написание явного решения. Вместе с тем, безусловный интерес представляет получение мажорирующей функции для решения задачи. Основная оценка получается с помощью леммы Гронуолла. Поскольку особый интерес представляет величина проникновения в начальный период времени (до 1 суток), полученный в работе результат дает надежную оценку границы инфильтрации нефти в грунт.

Техногенное распределение тяжелых металлов характеризуется неравномерностью, которая усугубляется неоднородностью геохим. обстановки в природных ландшафтах. Изменчивость ряда морфологических признаков загрязнения почвы сочетается с устойчивостью общего типа строения почвенных профилей и сохранностью в них генетических горизонтов в течение длительного времени. По экспериментальным данным мониторинга почв нами были проанализированы различные показатели для характеристики изменчивости загрязнения почвы тяжелыми металлами. Следует различать два принципиально различных состояния степени экол. изученности территории по загрязнению ТМ, при которых решаются различные задачи, и могут применяться только вполне определенные способы количественного выражения изменчивости. Эти состояния разграничиваются моментами исчезновения ошибки аналогии в частных реализациях модели загрязнения. Такие условия возникают, когда расстояния между замерами признака становятся равными среднему значению преобладающих морфологических элементов модели. Поэтому, ошибка аналогии (линейной интерполяции) может быть принята в качестве критерия, определяющего возможность использования для математического моделирования загрязнения того или иного математического метода.

Важнейшими факторами, приводящими к снижению плодородия городских почв являются: накопление в почве токсичных для растений загрязняющих в-в (тяжелых металлов, нефтепродуктов, синтетических соединений, радионуклидов и др.), ухудшение ее структуры и деградация гумусового состояния. Среди тяжелых металлов, наиболее существенно загрязняющих почвы транспортных магистралей, можно назвать свинец, медь, цинк. Содержание этих элементов превышает ПДК, принятые в России. Содержание загрязняющих в-в в почвах транспортных магистралей сравнивалось, помимо ПДК, с местным геохим. фоном, в качестве которого были использованы почвы крупных парков, удаленных от центра города, а также почвы наиболее “чистых” адресов города. Средний уровень содержания тяжелых металлов в этих почвах составил для свинца 66 мг/кг, для меди – 52 мг/кг и для цинка – 117 мг/кг. В это же время содержание этих металлов в почвах транспортных магистралей составляет: цинка – до 200 мг/кг в слое 0-5 см и до 400 мг/кг в слое 5-20 см; меди – до 160 мг/кг в слое 0-5 см и до 200 мг/кг в слое 5-20 см; свинца – до 200 мг/кг в слое 0-5 см и до 270 мг/кг в слое 5-20 см, значительно различаясь по объектам исследования. Значительные колебаний в содержании тяжелых металлов в почвах связаны с интенсивностью движения, содержанием орг. в-ва в почвах, частотой капитального ремонта объектов озеленения транспортных магистралей, сопровождающегося завозом относительно чистой растительной земли из загородных мест. Содержание нефти и нефтепродуктов в почвах транспортных магистралей города существенно превышает “Временный региональный норматив”, разработанный для административной территории Санкт-Петербурга, по которому допустимые конц-ии нефтепродуктов для почв селитебных зон не должны превышать 180 мг/кг. Значительно загрязнены почвы канцерогеном 3,4-бенз(а)пиреном, являющимся продуктом сгорания топлива (транспорт, котельные, выбросы ТЭЦ). Кроме того, в почвах обнаружены полициклические ароматические углеводороды: перилен, антрантрен, 1,12-бензперилен, хризеновые и некоторые другие ПАУ.

Основным источником загрязнения почвы цинком являются предприятия цветной металлургии, затем – горнодобывающая и агротехн. деятельность. Исследования разных авторов показывают, что вывод цинка из загрязненных почв насчитывает десятилетия. Восстановление качества загрязненных цинком почв проводится путем внесения извести или орг. в-ва. Растворимые формы цинка доступны для растений, и потребление цинка возрастает с повышением его концентрации в почвенном растворе. Использование удобрений, содержащих цинк, а также поступление его из индустриальных источников загрязнения приводят к повышенному содержанию цинка в поверхностном слое почвы. Изменения содержания цинка в почве обычно отражаются на составе растений, поэтому растения – хороший индикатор для биогеохим. исследований. В экосистемах, куда цинк поступает в виде компонента атмосферных загрязнений, надземные части растений аккумулируют большую его часть. С другой стороны, произрастающие на загрязненных цинком почвах растения накапливают главную долю этого элемента в корневой системе. Министерством здравоохранения России утверждена предельно допустимая концентрация (ПДК) цинка в почве, равная 23 мг/кг сухого в-ва. Как показали исследования, содержание цинка в почвах и субстратах в районе Лебединского ГОКа КМА колеблется для большинства опытных объектов в пределах 12-20 мг/кг. Более высокое содержание цинка в первой зоне загрязнения отмечается на промплощадке ГОКа под сливой и смородиной золотой (22,6-27,5 мг/кг), под косточковыми породами в 100 м от карьера, а также под сливой во второй зоне загрязнения (10-12 км от карьера) – 23,1-25,7 мг/кг. Макс. содержание цинка, равное 25,3-32,8 мг/кг, т. е. превышающее ПДК, было обнаружено в песчано-меловом субстрате ж.-д. отвала под облепихой крушиновой. Как уже отмечалось, цинк наиболее подвижен и биологически доступен в кислых легких минеральных почвах. Песчано-меловой субстрат ж.-д. отвала характеризуется легким гранулометрическим составом (содержание физ. песка в слое 0-10 см более 74%) и очень низким содержанием гумуса – 0,15-0,42%. Этим и объясняется повышенное содержание в нем цинка. Т. обр., почвы в районе Лебединского ГОКа можно считать незагрязненными цинком. В литературе имеются данные о содержании цинка в поверхностном слое загрязненных почв в нашей стране, равном 400-4245 мг/кг.