Цезий в воздухе, воде, техногенезе

11.01.2017

В атмосфере над Южным полюсом содержится 1*10в-4 нг/м3 Cs, в воздухе над океанами 4,6*10в-6 мкг/м3, в атмосфере крупных зарубежных городов 0,2 нг м3, в океаническом аэрозоле 0,3 мг/л, в аэрозоле сибирских городов 0.3 нг м3. Над материками в воздухе его содержание (нг.м3) от 20 (Норвегия) до 60—1500 (ФРГ), 16—1500 (Япония). 70—300 (США, Канала), над островами — 20 (Шотландские), 40 (Гренландия).
В океанской воде среднее содержание Cs 0,5*10в-7 %. в речной — 2*10в-8 %. в поверхностных водах мира — 0,035 мкг/л, в бассейне Волги — 0,1 мкг/л, а с атмосферными осадками в этом районе выпадает 0,36 кг/м2 Cs в год (раствор 0,02, взвесь 0,01). Среднее содержание в речных осадках бассейна 0,04 мкг/л. Талассофильность Cs гораздо ниже, чем других щелочных металлов, вследствие чего он легче извлекается из морской воды илами; меньше и время пребывания Cs в океанической воде — 1,5 *10в5 лет.
Среднее содержание Cs для поверхностных вод мира 0,1 мкг/л.
Среднее содержание его в растворенной форме в поверхностных водах изучено для бассейна Верхней Волги (мкг/л): водохранилища 0,012; реки — Москва 0,03. Вазуза 0,04. Волга 0,03; в грунтовых и подземных водах района 0,008 и 0,01; содержания в других средах (мкг/кг; с.): в речной взвеси 1, илах 2,8, почвах 1,8, золе водных растений 2,2, фитопланктоне 0,4.
В подземных водах содержание Cs выше, чем в поверхностных, и колеблется (мг/л) от 0,01 в артезианских водах (увеличивается по мере повышения степени их минерализации — см. табл. 23, 24) до 1,2 в термальных водах вулканогенных областей и до 20 в углекислых подземных водах. В современных гидротермах его содержание 60—378 мкг/л (Байкальско-Тихоокеанская провинция).
Р. Команс с соавторами (1989 г.) установили легкий переход радионуклида 137Cs из глин, которыми он интенсивно адсорбировался, в водный бассейн за счет выноса поровых осадков с Cs.
Цезий все больше участвует в техногенезе и все чаще относится к токсичным металлам. ГТДКрз установлен для Cs мышьяковистого — 0,03 мг/м3 (I класс опасности) и гидроксида — 0,3 мг/м3 (II); большинство других его соединений не нормированы, но относятся к токсичным — ЛД50 (мг/кг): Csl и CsBr 1400, Cs2CCh 2300, CsNO3 1200; ПКхр CsCl 30 мг/м3. Для гидроксида Cs ЛД50 570—760 мг/кг, доза острого ингаляционного воздействия на подопытных животных 42 мг/кг, раздражающего действия 20,5 мг/м3; верхний порог для человека 5,0 мг/м3.
Техногенное распределение Cs интенсивно изучается радиологами, но эти работы до недавнего времени были недоступны. В окружающую среду попадает Cs разными способами: в воды при разработке и хранении солей К, Mg и т. д.; в атмосферу при сжигании минерального топлива и с угольной пылью на угольных, редкометальных, полевошпатовых и других производствах; радионуклиды Cs — в результате ядерного распада. Общие потери стабильного изотопа Cs при обогащении и переработке сырья составляют (кроме Cs-пегматитов) 100%. Содержание Cs в угольной пыли достигает 3 мкг/г, а в слюдяных и полевошпатовых отходах — n г/т, его воздействие на окружающую среду не выяснено, но имеющаяся низкая оценка техногенного воздействия Cs должна быть уточнена.
Наиболее опасны среди среднеживущих радионуклидов ядерных взрывов 134-137Cs. Во время ядерных испытаний в атмосфере США установлена корреляция между содержанием Cs в пищевых продуктах (Бк, кг) и мощностью ядерных взрывов (Mt): 1 Бк/кг — 10 Mt, 3—30, 7—70. В Дании изучены содержания 137Cs в разных продуктах в связи с ядерными испытаниями в атмосфере. Наиболее восприимчивы оказались зерновые продукты, затем мясные, молочные, а наименее — фрукты и овощи. Концентрация Cs, приводящая к дозе 10 мкЗв в критической группе, принята следующей (Бк/л): молоко 0,5; рыба 5; раки 70. На Чернобыльской АЭС территориями с повышенной загрязненностью считались такие, где доза 137Cs составляла 0,2 мР/ч (эта площадь достигала в первые дни аварии 200 тыс. км2), отселению подлежали площади с дозой ≥5 мР/ч, фоновые значения были приняты 0,015—0,03 мР/ч.
Заметные выпадения 137Cs (~1 Ки/км2) зарегистрированы после аварии на ЧАЭС в Австрии, Италии, Норвегии, Польше, Румынии, Финляндии, Германии, Швеции, а в нашей стране, кроме основной зоны заражения, в Белоруссии, на Украине и в Центральных районах, участки загрязнения отмечены на Кольском п-ове и Кавказе.
По данным О.В. Cтепанец (1992 г.), после аварии на ЧАЭС в 1986 г. уровень 117Cs в Черноморском регионе поднялся с 5—8 до ≥400 Бк/м3, а затем закономерно снижался, составляя в среднем (Бк/м3): 1987 г. — 180, 1988 г. — 140, 1989 г. — 80, 1990 г. — 70; появился 134Cs. Изучение пространственного распределения 137Cs в 1990 г. показало, что участки высоких его концентраций (Бк/м3) сохранились в Черноморском бассейне около западного побережья (≥40 у берегов Болгарии, Румынии) и в ряде других районов (от 20 до 40), а также в Средиземном море.
ПДК для 137Cs составляют (Бк/л): ПДКр, 0,027, в воздухе санитарно-защитных зон 0,002, населенных пунктов 0,002, ПДКвп 2,7. Период полувыделения (сут.) биологический 70, эффективный от 65 до 100 су г. Считается, что благодаря равномерному распределению в организме опухолевое воздействие 137Cs наиболее широкое. Попадая в почвы, l37Cs образует труднорастворимые соединения, однако под влиянием повышения кислотности (кислотные дожди) вновь переходит в растворимую форму, Радиоканцерогенными свойствами обладает и 134Cs с меньшим периодом полураспада, чем у 137Cs.
Выводы. Цезий — редкий токсичный металл (Тл = 5), слабо изученный экогеохимически. ГЭ поллуцита 2-104. В эндогенных геохимических системах Cs литофилен и накапливается в наиболее кислых породах, Cs-легматитах (В до 25 000 — поллуцитовые руды), околопегматитовых редкометальных метасоматитах (В до 14000), редкощелочнометальных гидротермальных и кислых вулканических стеклах; в экзогенных процессах связан с пластовыми хиоридными Na, Na-Mg и различными термальными водами, а также K-Mg солями. Наиболее полно Cs сорбируется глинами. Гидро- (В = 1*10в-4), атмо-, почво-(B = 1,3), а также биофильность (В = 1,2) Cs среди других щелочных металлов считалась низкой, что требует уточнения. В техногеохимическом цикле Cs не изучен и пока не вызывал негативных проблем, за исключением токсичности радионуклидов, которые представляют большую опасность, даже через много лет после радиоактивных выбросов.