IX Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2017

Содержание короткоживущего ⁷Be (Т_1/2=53,4 дня) в приземной атмосфере связано с солнечной активностью и имеет характерный сезонный ход. Изотоп ⁷Be образуется в верхних слоях стратосферы в результате фотоядерных реакций и реакций скалывания. Далее данный радионуклид нисходящими потоками из стратосферы переносится в тропосферу и вымывается с осадками. Поэтому ⁷Be может являться удобным индикатором для быстрой оценки загрязнения атмосферы и экологическим показателем накопления в растениях и животных [1,2]. Свинец ²¹⁰Pb является продуктом распада инертного газа радона²²²Rn и поступает в атмосферу в основном из почвы. Так как ²²²Rn относится к ряду урана ²³⁸U, его содержание в почве напрямую связано с присутствием ²³⁸U в геологических объектах. Период полураспада радона ²²²Rn (T_1/2 = 3,8 дня) сравним со временами жизни многих атмосферных газов (NO_x, SO₂, CO, O₃), водяного пара и аэрозолей. Эти свойства делают радон и его дочерний продукт распада свинец ²¹⁰Pb, поступающие в атмосферу в результате восходящих потоков, полезными трассерами (индикаторами) различных атмосферных процессов [1,2].

Целью работы является оценка возможности применения естественных радионуклидов ²¹⁰Pb и ⁷Be в качестве трассеров (индикаторов) атмосферных процессов в условиях промышленного центра и умеренного континентального климата.

Атмосферные аэрозоли отбирались на аспирационной станции НИИ физики Южного федерального университета в 2000-2010 годах в рамках комплексного мониторинга приземного слоя воздуха г. Ростова-на-Дону. Отличительной особенностью данного цикла исследований являлось расположение станции на юго-восточной окраине г. Ростова-на-Дону. Атмосферные аэрозоли отбирались на фильтр из ткани Петрянова ФПП-15-1.7 общей площадью 0,56 м3. Реальное (чистое) время экспозиции каждой пробы, определяемое электронным хронометром, составляет 168 часов. Расход воздуха ФВУ составляет около (510…630) м3/час. В целом, за 2001-2009 гг. было отобрано более 400 проб атмосферных аэрозолей. Для оценки удельной активности ²¹⁰Pb и ⁷Be в атмосферных аэрозолях использовалась радиометрическая низкофоновая установка на основе коаксиального полупроводникового детектора из особо чистого германия (GeНР). ²¹⁰Pb и ⁷Be определяли по пикам с энергиями 46,5 и 477 кэВ соответственно. По разности весов экспонированного и чистого фильтра определяется запыленность воздуха Р₀=Р/V (мкг/м³).

Поведение ⁷Be в приземном слое воздуха г. Ростова-на-Дону отличается максимумом в весенне-летний период. Подобное поведение объемной активности ⁷Ве связано с весенне-летней перестройкой атмосферы (из-за наличия между стратосферой и тропосферой слоя мощной температурной инверсии) и началом вегетационного периода.

Поведение ²¹⁰Pb в приземной атмосфере г. Ростова-на-Дону отличается значительным максимумом в осенне-зимний период, как за весь период наблюдений, так и в отдельные годы. Подобное поведение данного радионуклида может быть связано с отопительным сезоном, когда при сжигании органического топлива в атмосферу поступает значительное количество свинца. Такой сезонный ход ²¹⁰Pb во многом подобен поведению ⁷Ве [1-2]. Образование этих радионуклидов и перенос в атмосфере во многом схожи. Свинец ²¹⁰Pb в атмосфере образуется при распаде своего газового предшественника радона ²²²Rn, а ⁷Ве образуется в результате ядерных реакций из азота и кислорода под действием протонов и нейтронов космического излучения. В атмосфере содержание ²¹⁰Pb линейно растет с высотой (большая часть образуется в тропосфере и переносится в стратосферу), а ⁷Ве наоборот, преимущественно образуется в стратосфере. В результате коагуляции дисперсионный состав этих аэрозолей меняется только через несколько суток после образования. Поэтому сезонный ход ²¹⁰Pb и ⁷Ве определяется переносом воздушных масс в верхних и нижних слоях атмосферы за счет турбулентной диффузии в весенне-летний период. В тропосфере происходит вымывание осадками радиоактивных ²¹⁰Pb и ⁷Ве и их сухое осаждение на земную поверхность. Но образование ²¹⁰Pb может быть также связано с различными техногенными факторами (переработка органического сырья). Поэтому сезонное поведение ²¹⁰Pb зависит от большего количества параметров и выглядит сложнее, чем сезонный ход ⁷Ве.

В данной работе также проведено комплексное исследование связи объемной активности данного космогенного радионуклида с такими метеопараметрами, как: температура воздуха, скорость ветра, количество осадков, относительная влажность, атмосферное давление. В целом, сезонный ход ⁷Ве повторяет изменение температуры и скорости ветра за период 2001-2009 гг. Имеет место прямая зависимость данных параметров с коэффициентами корреляции 0,61; 0,54 соответственно. Для атмосферного давления и содержания ⁷Ве наблюдается обратная зависимость с коэффициентом корреляции k = - 0,54. Такое поведение объясняется тем фактом, что понижение давления обычно сопровождается увеличением осадков и, как следствие, дополнительным вымыванием аэрозолей из приземного слоя атмосферы. Зависимость объемной активности ⁷Ве в приземной атмосфере от относительной влажности воздуха и количества осадков также обратная. В основном, на максимумы объемной активности ⁷Ве в приземном слое воздуха приходятся минимумы относительной влажности воздуха и количества осадков коэффициентами корреляции -0,62, -0,57. В большинстве случаев максимумы объемной активности ⁷Ве приходятся на период июль-сентябрь с минимальными значениями относительной влажности воздуха (менее 50 %).

Зависимость объемной активности ²¹⁰Pb от температуры и количества осадков обратная в период 2001-2009 гг. с коэффициентами корреляции -0,30; -0,15 соответственно. Для относительной влажности, атмосферного давления и скорости ветра наблюдается прямая зависимость с коэффициентами корреляции 0,21; 0,20; 0,25 соответственно. В большинстве случаев максимумы объемной активности ²¹⁰Pb приходятся на период ноябрь-январь с максимальными значениями относительной влажности воздуха (более 50 %). Это связано с тем, что в условиях г. Ростова-на-Дону имеет место значительная техногенная составляющая в общем загрязнении ²¹⁰Pb приземного слоя воздуха. В отопительный сезон, даже при значительном количестве осадков (и, как следствии, повышенной влажности воздуха) имеет место поступление данного радионуклида в атмосферу города.

В целом, в работе проанализировано содержание ²¹⁰Pb и ⁷Be в атмосферных аэрозолях г. Ростова-на-Дону за период 2001-2009 гг. Среднее содержание ⁷Be в атмосфере г. Ростова-на-Дону варьируется в достаточно широких пределах (0,2…27) мБк/м³, при средней, за весь период наблюдений активности 5,4 мБк/м³. Объемная активность ²¹⁰Pb в атмосферных аэрозолях составляет (0,1…9,0) мБк/м³, при среднем содержании – 1,7 мБк/м³.

В сезонном распределении объемной активности ⁷Ве отмечается широкий максимум в весенне-летний период и минимум – в зимний. Для ²¹⁰Pb характерен максимум объемной активности зимой.

Анализ взаимного поведения объемных активностей ⁷Be и ²¹⁰Pb показал, что данные радионуклиды ведут себя схожим образом только в весенне-летний период (с апреля по октябрь). Поэтому совместно ⁷Be и ²¹⁰Pb можно использовать в качестве трассеров атмосферных процессов только в летний период.

Список публикаций:

1. Ali N. et al. // Atmospheric Environment. 2011. Vol. 45. P. 5699 - 5709.

2. Ioannidou A. et al. // Applied Radiation and Isotopes. 2005. Vol. 63. P. 277 – 284.

Код для цитирования: Скопировать