Природные радионуклиды в Санкт-Петербурге

А.В. Горький, канд. геол.-минерал. наук, зам. ген. директора ГУПП «Полигон «Красный Бор»

В СМИ и выступлениях экологов обычно рассматривается негативное воздействие человека на окружающую среду. Но на самом деле такое воздействие взаимно – необходимо помнить, что и природа может оказывать существенное воздействие на благополучие людей. Именно поэтому в химических и физических факторах всегда выделяют природные и техногенные составляющие.

Важнейшей для нашего благополучия составляющей из группы физических факторов является влияние ионизирующих излучений – т. е. радиационные факторы риска. Еще не забыта чернобыльская авария, а уже обсуждаются последствия аварии на АЭС Фукусима-1, проблемы других радиационных инцидентов. В результате этого складывается впечатление, что именно техногенная составляющая является приоритетной (рис. 1).

Однако, по данным Научного комитета по действию атомной радиации ООН, наибольшую долю в средней годовой дозе облучения населения составляют природные источники, создающие около 70% суммарной дозы, получаемой человеком от всех источников излучения. Для России эта величина еще выше: на рис. 2 приведена диаграмма составляющих средней дозы облучения населения нашей страны (по данным Института радиационной гигиены), из которой хорошо видно, что природные факторы составляют более 80% в структуре коллективных доз облучения населения, а влияние аварий прошлых лет формирует менее 0,2% средней дозы облучения.

Доза облучения, связанная с природными источниками, формируется за счет внешнего облучения от различных природных источников и внутреннего, образующегося за счет ингаляции радона, торона и их дочерних продуктов распада (ДПР) и радионуклидов, поступающих в организм с продуктами питания и водой (рис. 3).

В соответствии с радиационно-гигиеническим паспортом Санкт-Петербурга ведущая роль в структуре коллективных доз облучения населения также остается за природными источниками ионизирующего излучения (от 70 до 80% годовой эффективной коллективной дозы облучения населения), в основном за счет облучения радоном и его дочерними продуктами распада, а также внешнего гамма-излучения. Вклад природных радионуклидов, поступающих в организм с продуктами питания и питьевой водой, в формирование дозы природного облучения незначителен и не превышает 5–6%.

Что же является источником этой опасности и кто такие «радон» и «торон»?

Природные радионуклиды на самом деле широко распространены и содержатся в микроколичествах практически в любых природных средах и объектах. Они формируют три ряда (семейства): ториевый, урановый и актино-урановый (рис. 4), члены которых представляют собой последовательность, где каждый следующий радионуклид образуется в результате альфа- или бета- распада предыдущего, а именуются они по родоначальному нуклиду – соответственно торию-232, урану-238 и урану-235.

Понятно, что чем больше в природном объекте было содержание родоначального радионуклида, тем больше будут содержания всех дочерних нуклидов и, как следствие, выше излучение. Таким образом, изначальной причиной данного фактора экологического риска является геологическое строение той или иной территории, наличие специализированных комплексов пород с повышенным содержанием природных радионуклидов.

Содержание природных радионуклидов в почвах и горных породах зависит от особенностей геологического строения. Основные особенности геологического строения Санкт-Петербурга и Ленинградской области определяются их положением в области контакта двух региональных структур: Балтийского щита и Русской платформы.

В Ленинградской области специфичными природными образованиями с повышенным и высоким содержанием природных радионуклидов являются:

1. отдельные виды гранитоидов Балтийского щита, содержащие повышенные концентрации урана – 3.5–7,0х10^-4%, тория – 12–52х10^-4% и калия – 2,5–4,0%;
2. диктионемовые сланцы пакерортского горизонта нижнего ордовика, горизонт которых протягивается в широтном направлении от Ивангорода до реки Сясь, располагаясь в том числе и в южных районах Санкт-Петербурга. Сланцы характеризуются высоким содержанием урана – более 20–50х10^-4% (тория – 8–15х10^-4%), иногда достигающим рудных концентраций (более 100х10^-4%);
3. коры выветривания бокситоносных песчаников и глинистых бокситов нижне-каменноугольного возраста, прослеживающихся в северо-восточном направлении на 180 км в Бокситогорском районе и характеризующихся высокими содержаниями урана (более 20х10^-4%) и тория (более 20х10^-4%).

Всего в Ленинградской области площади с наиболее высокой вероятностью радоноопасности занимают 7500 кв. км (рис. 5).

 

Первые два типа горных пород – потенциальных источников радиационного риска встречаются и на территории Санкт-Петербурга, причем в диктионемовых сланцах даже выявлены урановые месторождения Котловское и Красносельское, относящиеся к Прибалтийскому урановорудному району (рис. 6). Кроме того, в гдовском горизонте вендского возраста содержания радиоактивных элементов местами столь велики, что так же формируют месторождения (Славянское; Ратницкое и Рябиновское).

Однако этого мало для создания рисков: еще надо учитывать, на какой глубине располагаются эти «опасные» горные породы и что расположено между ними и нами (то есть проницаемость грунтов и горных пород). Ведь все мы хорошо знаем, что интенсивность облучения уменьшается любыми преградами, тем более слоем грунта.

Каким же образом на нас могут влиять грунты, пусть даже и с высоким гамма-излучением, но расположенные на глубине в десятки или даже сотни метров?

Дело в том, что, как уже было сказано ранее, существенно большее значение имеет не внешнее облучение, а внутреннее, связанное с радиоактивными газами, поступающими из геологической среды. В двух вышеуказанных рядах распада на определенном их этапе образуются два радионуклида, являющиеся газами: радон-222 в урановом ряду (который и называется «радон») и радон-220 в ториевом ряду (который называется «торон»). Образовавшись, они начинают под действием перепада давления движение вверх, выходят в атмосферный воздух и при дыхании попадают внутрь организма. Именно внутреннее излучение, связанное с этими газами, формирует в основном коллективную эффективную дозу облучения населения (более 40%). Более того, по данным Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ) около 20% онкозаболеваний легких связано именно с воздействием этих радиоактивных газов.

Для формирования рисков здоровью, связанных с радоном, необходима реализация нескольких факторов:

• наличие радоногенерирующих горных пород и отложений;
• наличие путей облегченного движения газов к поверхности земли (минимальная мощность перекрывающих отложений; наличие проницаемых зон и т. д.), так как период полураспада радона около четырех суток (торон распадается практически сразу), замедление его движения из-за низкой проницаемости грунтов или их обводненности значительно снижает риски;
• наличие замкнутых пространств на поверхности, где возможно накопление выделившихся из грунтов газов (локальных ловушек).

Только при одновременной реализации всех трех условий для людей, находящихся в этих замкнутых пространствах (зданиях/сооружениях), возможно значимое воздействие. На рис. 7 приведена схема прогнозной радоноопасности Санкт-Петербурга, учитывающая первые две составляющие: участки размещения горных пород с повышенной эмиссией радона и зоны возможного ускоренного его подъема к поверхности. Третья составляющая зависит от нашей деятельности и осведомленности о первых двух.

Однако это все теория. А каково фактическое проявление природной составляющей радиационного фактора на территории Санкт-Петербурга, т. е. каковы уровни внешнего облучения и внутреннего (в основном связанного с радоном)?

Учитывая высокую значимость природной составляющей радиационного фактора риска, с 1996 года Комитетом по природопользованию, охране окружающей среды и обеспечению экологической безопасности реализовывалась региональная программа «Радон». В ее рамках была создана геоинформационная система «Радон»; проводилось обследование на объектах социальной сферы, расположенных на потенциально радоноопасных территориях; при выявлении концентраций радона, превышающих предельно допустимые, выполнялись радонозащитные мероприятия.

Большой вклад в реализацию данной программы внесли специалисты Российского геоэкологического центра – специализированного филиала ФГУГП «Урангео» и ФБУН «Институт радиационной гигиены им. профессора П.В. Рамзаева».

Внешнее облучение на территории крупных городов в основном связано не с природным радиационным фоном, а с техногенно-измененным, формируемым в результате перераспределения изъятых из геологической среды природных радионуклидов (т. е. со строительными материалами и отделочными из натурального камня). В качестве примера можно вспомнить набережные Невы, отделанные выборгскими гранитами, либо постаменты памятников, гранитную отделку фасадов зданий и т. д. Использование же тех или иных горных пород при производстве строительных материалов (состав глин при производстве кирпичей, щебенки для железобетонных конструкций и т. д.) сказывается на интенсивности внешнего облучения от них.

Многолетние работы РГЭЦ – филиал ФГУГП «Урангео» – показывают, что для Санкт-Петербурга мощность эквивалентной дозы гамма-излучения варьирует от 0,02–0,17 мкЗв/ч, составляя в среднем 0,13 мкЗв/ч. Данные уровни излучения не представляют опасности для здоровья, хотя несколько превышают средние по России.

Внутреннее облучение, связанное с радоном, представляет большую опасность. Как видно из представленной схемы прогнозной радоноопасности, южные районы города характеризуются высокими рисками.

Для оценки проявленности данного фактора в настоящее время используется только один нормируемый показатель – плотность потока (эксхаляция) радона с поверхности грунтов, которая показывает, какова объемная активность радона, выходящего из грунтов за секунду с площади в 1 кв. м. Данный показатель крайне изменчив, и до сих пор его использование вызывает споры специалистов. Ранее использовался более стабильный показатель, который кроме того не требовал использования накопительных камер для изменений, – объемная активность радона в почвенном воздухе. Данные величины имеют прямо пропорциональную зависимость (рис. 8), что вообще-то позволяет переходить от одной величине к другой, однако это не предусмотрено нашей нормативной базой.

Статистические характеристики обеих характеристик приведены в табл. 1. Хорошо видно, что медианы и среднеарифметические близки между собой и между Санкт-Петербургом и Ленинградской областью, что свидетельствует о нормальности распределения и соответствии большей части территории двух субъектов федерации санитарным требованиям. В то же время максимальные величины превышают норматив в 1,5–4 раза, что свидетельствует о наличии отдельных участков с повышенным проявлением данного фактора риска.

Однако, как уже указано выше, кроме потенциальной опасности по данному фактору той или иной территории, для ее реализации необходимо организовать на ней техногенные накопители газообразных радионуклидов – т. е. построить здания и сооружения по технологиям, абсолютно не учитывающим радоноопасность участка. Так как ранее так действительно происходило, на территории города есть здания, в помещениях которых происходит накопление радона и дочерних продуктов его распада.

Для объективности информации на рис. 9–10 приведено раздельно частотное распределение по уровням максимальных среднегодовых значений эквивалентной равновесной объемной активности (ЭРОА) радона в зданиях, расположенных в черте города, без учета обследованных зданий Красного Села и Пушкина, т. е. районов с повышенным радиационным фактором риска за счет облучения радоном, и отдельно в зданиях Пушкинского и Красносельского районов. Приведенные рисунки наглядно демонстрируют, что в процентном отношении частота выявления радоноопасных зданий в пределах Пушкинского и Красносельского районов значительно превосходит данный показатель для других районов Санкт-Петербурга.

Что же делать для ликвидации/минимизации проявленности данного фактора экологического риска? Во-первых, учитывать реалии геологического строения нашего города и уделять должное внимание оценке радоноопасности территории еще до начала проектирования новых зданий и сооружений. Во-вторых, использовать для их планирования существующие прогнозные карты и не доверять эти важные измерения некомпетентным (т. е. не аккредитованным на данные виды исследований) организациям. В-третьих, при необходимости в проектах заранее планировать радонозащитные мероприятия, так как их осуществление в период строительства обходится гораздо дешевле и действует гораздо эффективнее, чем меры, выполняемые после постройки здания. Для уже существующих зданий такие мероприятия тоже возможны, но требуют существенно больших затрат и обязательного проведения комплексных исследований.

Таким образом, мы можем сделать следующие выводы по проблеме природной составляющей радиационного фактора риска:

• Проблема природных радионуклидов и сопряженных с ними рисков в Санкт-Петербурге в первую очередь связана с геологическим строением региона.
• Наибольший вклад в формирование годовой эффективной дозы облучения населения Санкт-Петербурга вносят радон и его дочерние продукты распада.
• В целом по городу доза облучения, формируемая геологическим причинами, не превышает допустимых норм, однако наличие группы риска, характеризующейся превышением допустимых доз облучения, требует постоянного контроля за данным фактором со стороны правительства города.