Radioecological regularities of plutonium alpha-radionuclides redistribution in the Black Sea ecosystem

Main Article Content

N. N. Tereshchenko

http://orcid.org/0000-0002-2183-0105

https://elibrary.ru/author_items.asp?id=746766

S. B. Gulin

http://orcid.org/0000-0003-1857-4638

https://elibrary.ru/author_items.asp?id=305710

V. Yu. Proskurnin

http://orcid.org/0000-0002-2176-9228

https://elibrary.ru/author_items.asp?id=746990

Abstract

The work is devoted to the study of radioecological processes of redistribution of plutonium alpha-radionuclides (239+240Pu) as the main man-maid dose-forming alpha-radionuclides during the period after Chernobyl NPP accident. 239+240Pu are long-lived radioisotopes, the content of which is increasing in natural ecosystems from incident to incident. Radiotoxicity of these radionuclides is high, and we need science-based approaches of assessment and forecast of radioecological condition of the basins being at risk of a radioactive re-contamination, such as the Black Sea as an inland sea located at region close to developed countries using nuclear technologies. The study was performed with modern advanced techniques, the main of them were radiochemical analysis, alpha-spectrometry and radiotracer technologies. As a result of investigation the radiological regularities of plutonium behavior in the Black Sea ecosystem during the post-Chernobyl period were revealed. Quantitative parameters of plutonium migration in the sea were determined: sedimentation rates at different areas of the sea, the 239+240Pu effective half-lives in surface water, the 239+240Pu radiocapacity factor for bottom sediment, the 239+240Pu fluxes, levels of 239+240Pu in the ecosystem components, and the 239+240Pu accumulation factors for biotic and abiotic components. The features of the biogeochemical behavior of plutonium in the Black Sea ecosystem were identified and the conditions and processes causing them were indicated. The increased ability of the Black Sea surface water to self-purification against 239+240Pu, short residence time of plutonium in surface waters, the relatively high rapid of plutonium accumulation in the bottom sediment due to biogeochemical sedimentation of it, the high concentration ability of silt sediment against 239+240Pu and the type of biogeochemical behavior of plutonium in the Black Sea ecosystem has been observed.

Article Details

Tereshchenko N. N., Gulin S. B., Proskurnin V. Y. Radioecological regularities of plutonium alpha-radionuclides redistribution in the Black Sea ecosystem. Marine Biological Journal, 2016, vol. 1, no. 3, pp. 3-13. doi: 10.21072/mbj.2016.01.3.01
Keywords:
the Black Sea, man-made radioisotopes, 239 240Pu, regularities of redistribution, sea water, bottom sediment, hydrobionts, radiocapacity factor, type of biogeochemical behavior of radioisotopes, self-purification of water
Section
Overview

References

1. Авария на АЭС «Фукусима-дайити» : доклад генерального директора. Вена : IAEA Международное агенство по атомной энергии, 2015. 278 с. [Avariya na AES ”Fukusima-daiiti”: doklad general’nogo direktora. Vena: IAEA Mezhdunarodnoe agenstvo po atomnoi energii, 2015, 278 p. (in Russ.)].

2. АЭС Мира. Топ-10 стран: количество АЭС и ядерных реакторов [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://miraes.ru/aes-mira-top-10-stran-po-kolichestvu-yadernyih-reaktorov [Дата обращения: 30.08.2016]. [AES Mira. Top-10 stran: kolichestvo AES i yadernykh reaktorov. Available at: http://miraes.ru/aes-mira-top-10-stran-po-kolichestvu-yadernyih-reaktorov [accessed 30.08.2016] (in Russ.)].

3. Егоров В. Н., Гулин С. Б., Поповичев В. Н., Мирзоева Н. Ю., Терещенко Н. Н., Лазоренко Г. Е., Малахова Л. В., Плотицына О. В., Малахова Т. В., Проскурнин В. Ю., Сидоров И. Г., Гулина Л. В., Стецюк А. П., Марченко Ю. Г. Биогеохимические механизмы формирования критических зон в Чёрном море в отношении загрязняющих веществ // Морской экологический журнал, 2013. Т. 12, № 4. С. 5–26. [Egorov V. N., Gulin S. B., Popovichev V. N., Mirzoeva N. Yu., Tereshchenko N. N., Lazorenko G. E., Malakhova L. V., Plotitsyna O. V., Malakhova T. V., Proskurnin V. Yu., Sidorov I. G., Gulina L. V., Stetsyuk A. P., Marchenko Yu. G. Biogeochemical mechanisms of formations of critical zone concerning to pollutants in the Black Sea. Morskoi ekologicheskii zhurnal, 2013, vol. 12, no. 4, pp. 5–26. (in Russ.)].

4. Иванов В. А., Белокопытов В. Н. Океанография Чёрного моря / НАН Украины, Морской гидрофизический институт. Севастополь : ЭКОСИ-Гидрофизика, 2011. 212 с. [Ivanov V. A., Belokopytov V. N. Okeanografiya Chernogo morya / NAN Ukrainy, Morskoi gidrofizicheskii institut. Sevastopol: EKOSI-Gidrofizika, 2011, 212 p. (in Russ.)].

5. Калугина-Гутник А. А. Фитобентос Чёрного моря. Киев : Наукова думка, 1975. 247 с. [Kalugina-Gutnik A. A. Fitobentos Chernogo morya. Kiev: Naukova dumka, 1975, 247 p. (in Russ.)].

6. Мефодьева М. П., Крот Н. Н. Соединения трансурановых элементов. Москва : Наука, 1987. 302 с. [Mefod’eva M. P., Krot N. N. Soedinenija transuranovyh jelementov. Moscow: Nauka, 1987, 302 p. (in Russ.)].

7. Митропольский А. Ю., Безбородов А. А., Овсяный Е. И. Геохимия Чёрного моря. Киев : Наукова думка, 1982. 144 с. [Mitropol’skij A. Ju., Bezborodov A. A., Ovsjanyj E. I. Geohimija Chernogo morja. Kiev: Naukova dumka, 1982, 144 p. (in Russ.)].

8. Поликарпов Г. Г., Лазоренко Г. Е. Роль донных отложений восстановительной и окислительной зон Чёрного моря в извлечении радионуклидов из водной среды // Молисмология Чёрного моря / отв. ред. Г. Г. Поликарпов. Киев : Наукова думка, 1992. C. 135-143. [Polikarpov G. G., Lazorenko G. E. Rol’ donnykh otlozhenii vosstanovitel’noi i okislitel’noi zon Chernogo morya v izvlechenii radionuklidov iz vodnoi sredy. In: Molismologiya Chernogo morya / Ed. G. G. Polikarpov. Kiev: Naukova dumka, 1992, pp. 135–143. (in Russ.)].

9. Радиоэкологический отклик Чёрного моря на чернобыльскую аварию / ред. Г. Г. Поликарпов, В. Н. Егоров. Севастополь : ЭКОСИ-Гидрофизика, 2008. 667 с. [Radioekologicheskii otklik Chernogo morya na chernobyl’skuyu avariyu / Eds. G. G. Polikarpov, V. N. Egorov. Sevastopol: EKOSI-Gidrofizika, 2008, 667 р. (in Russ.)].

10. Скопинцев Б. А. Формирование современного химического состава вод Чёрного моря. Ленинград : Гидрометеоиздат, 1975. 236 с. [Skopintsev B. A. Formirovanie sovremennogo khimicheskogo sostava vod Chernogo morya. Leningrad: Gidrometeoizdat, 1975, 236 p. (in Russ.)].

11. Терещенко Н. Н. Ведущая роль донных отложений в перераспределении плутония в черноморских экосистемах // Наукові праці: науково-методичний журнал. Техногенна безпека. 2011. Т. 169, № 157. С. 63–70. [Tereshchenko N. N. Vedushchaya rol’ donnykh otlozhenii v pereraspredelenii plutoniya v chernomorskikh ekosistemakh. Naukovі pratsі: naukovo-metodichnii zhurnal. Tekhnogenna bezpeka, 2011, vol. 169, no. 157, pp. 63–70. (in Russ.)].

12. Терещенко Н. Н. Плутоний в гидробионтах Чёрного моря // Наукові праці: науково-методичний журнал. Техногенна безпека. 2013. Т. 210, № 198. С. 52–60. [Tereshchenko N. N. Plutonii v gidrobiontakh Chernogo morya. Naukovі pratsі: naukovo-metodichnii zhurnal. Tekhnogenna bezpeka, 2013, vol. 210, iss. 198, pp. 52–60. (in Russ.)]

13. Терещенко Н. Н., Гулин С. Б., Проскурнин В. Ю., Дука М. С. Радиоэкологические параметры миграции ²³⁹⁺²⁴⁰Pu в морской среде и их связь с биогеохимическими особенностями экосистемы Чёрного моря // Современные проблемы эволюции и экологии : Междунар. конф. (Ульяновск, 6-8 апреля 2015 г.) Ульяновск: Ульяновский государственный педагогический университет, 2015. С. 118–124. [Tereshchenko N. N., Gulin S. B., Proskurnin V. Yu., Duka M. S. Radioekologicheskie parametry migratsii ²³⁹⁺²⁴⁰Pu v morskoi srede i ikh svyaz’ s biogeokhimicheskimi osobennostyami ekosistemy Chernogo morya. In: Sovremennye problemy evolyutsii i ekologii: Mezhdunar. konf. (Ul’yanovsk, 6-8 aprelya 2015 g.) Ul’yanovsk: Ul’yanovskii gosudarstvennyi pedagogicheskii universitet, 2015, pp. 118–124. (in Russ.)].

14. Терещенко Н. Н., Поликарпов Г. Г. Радиоэкологическая ситуация в Чёрном море в отношении радиоизотопов ²³⁸´²³⁹⁺²⁴⁰Pu после Чернобыльской аварии по сравнению с некоторыми другими водоемами вне и в пределах 30-км зоны Чернобыльской АЭС // Проблемы радиоэкологии и пограничных дисциплин. Нижневартовск, 2007. Вып. 10. С. 12–29. [Tereshchenko N. N., Polikarpov G. G. adioekologicheskaya situatsiya v Chernom more v otnoshenii radioizotopov ²³⁸´²³⁹⁺²⁴⁰Pu posle Chernobyl’skoi avarii po sravneniyu s nekotorymi drugimi vodoemami vne i v predelakh 30-km zony Chernobyl’skoi AES. In: Problemy radioekologii i pogranichnykh distsiplin. Nizhnevartovsk, 2007, iss. 10, pp. 12–29. (in Russ.)].

15. Терещенко Н. Н., Поликарпов Г. Г., Крылова Т. А. Барьерная роль Чёрного моря в отношении ²³⁹⁺²⁴⁰Pu, ¹³⁷Cs, ⁹⁰Sr ― основных техногенных дозообразующих радионуклидов в постчернобыльский период // Экосистемы, их оптимизация и охрана. 2012. Т. 27, № 3. С. 243–250. [Tereshchenko N. N., Polikarpov G. G., Krylova T. A. Bar’ernaya rol’ Chernogo morya v otnoshenii ²³⁹⁺²⁴⁰Pu, ¹³⁷Cs, ⁹⁰Sr — osnovnykh tekhnogennykh dozoobrazuyushchikh radionuklidov v postchernobyl’skii period. Ekosistemy, ikh optimizatsiya i okhrana, 2012, vol. 27, no. 3, pp. 243–250. (in Russ.)].

16. Терещенко Н. Н., Гулин С. Б., Проскурнин В. Ю. Модифицированная методика определения плутония в морской воде // Екологическая безопасность прибрежной и шельфовой зон и комплексное использование ресурсов шельфа. Севастополь : ЭКОСИ-Гидрофизика, 2011. Т. 1, вып. 25. С. 241–251. [Tereshchenko N. N., Gulin S. B., Proskurnin V. Yu. Modifitsirovannaya metodika opredeleniya plutoniya v morskoi vode. In: Ekologicheskaya bezopasnost’ pribrezhnoi i shel’fovoi zon i kompleksnoe ispol’zovanie resursov shel’fa. Sevastopol: EKOSI-Gidrofizika, 2011, vol. 1, iss. 25, pp. 241–251. (in Russ.)].

17. Терещенко Н. Н., Проскурнин В. Ю., Гулин С. Б., Крылова Т. А. Радиоэкологический мониторинг плутония в донных отложениях севастопольских бухт // Экологическая безопасность прибрежной и шельфовой зон и комплексное использование ресурсов шельфа. Севастополь : ЭКОСИ-Гидрофизика, 2013. Вып. 27. C. 289–293. [Tereshchenko N. N., Proskurnin V. Yu., Gulin S. B., Krylova T. A. Radioekologicheskii monitoring plutoniya v donnykh otlozheniyakh sevastopol’skikh bukht. In: Ekologicheskaya bezopasnost’ pribrezhnoi i shel’fovoi zon i kompleksnoe ispol’zovanie resursov shel’fa. Sevastopol: EKOSI-Gidrofizika, 2013, iss. 27, pp. 289–293. (in Russ.)].

18. Тимофеева-Ресовская Е. А. Распределение радиоизотопов по основным компонентам пресноводных водоемов // Труды Института биологии Уральского филиала АН СССР. 1963. Вып. 30. 77 с. [Timofeeva–Resovskaya E. A. Raspredelenie radioizotopov po osnovnym komponentam presnovodnykh vodoemov. Trudy Instityta biologii Ural’skogo filiala AN SSSR, 1963, iss. 30, 77 p. (in Russ.)].

19. Трапезников А. В., Трапезникова В. Н. Радиоэкология пресноводных экосистем. Екатеринбург : Уральская Государственная Сельхоз Академия, 2006. 390 с. [Trapeznikov A. V., Trapeznikova V. N. Radioekologiya presnovodnykh ekosistem. Ekaterinburg: Ural’skaya Gosudarstvennaya Sel’khoz Akademiya, 2006, 390 p. (in Russ.)].

20. Финенко З. З., Чурилова Т. Я., Суслин В. В. Оценка биомассы фитопланктона и первичной продукции в Чёрном море по спутниковым данным // Промысловые биоресурсы Чёрного и Азовского морей / ред. В. Н. Еремеев, А. В. Гаевская, Е. Г. Шульман, Ю. А. Загородняя. Севастополь : ЭКОСИ-Гидрофизика, 2011. С. 220–236. [Finenko Z. Z., Churilova T. Ya., Suslin V. V. Otsenka biomassy fitoplanktona i pervichnoi produktsii v Chernom more po sputnikovym dannym. In: Promyslovye bioresursy Chernogo i Azovskogo morei / Eds. V. N. Eremeev, A. V. Gaevskaya, E. G. Shul’man, Yu. A. Zagorodnyaya. Sevastopol: EKOSI-Gidrofizika, 2011, pp. 220–236. (in Russ.)]

21. Gulin S. B., Polikarpov G. G., Egorov V. N., Martin J.–M., Korotkov A. A., Stokozov N. A. Radioactive contamination of the north–western Black Sea sediments. Estuarine, Coastal and Shelf Science, 2002, vol. 54, pp. 541–549.

22. Gulin S. B., Egorov V. N., Polikarpov G. G., Stokozov N. A., Mirzoyeva N. Yu., Tereschenko N. N., Osvath I. General trends in radioactive contamination of the marine environment from the Black Sea to Antractic Ocean. The Lessons of Chernobyl: 25 Years Later / Eds. E. B. Burlakova, V. I. Naydich. New York: Nova Science Publ., 2012, pp. 281–299.

23. Gulin S. B., Egorov V. N., Polikarpov G. G., Osvath I., Stokozov N. A., Mirzoeva N. Yr., Tereshenko N. N., Gulina L. V., Proskurin V. Yr. Radiotracers in the Black Sea: a tool for marine environmental assessments. Isotopes in hydrobiology, marine ecosystems and climate change studies: proceedings of the International Symposium held in Monaco, 27 March — 1 April 2011. Viena: International Atomic Energy Agency, 2013, vol. 2, pp. 535–544.

24. Radioecology After Chernobyl: Biogeochemical Pathways of Artificial Radionuclides / Eds. F. Warner, R. M. Harrison. New York: Chichester, 1993, 400 p.

25. Tereshchenko N. N., Mirzoyeva N. Yu., Gulin S. B., Milchakova N. A. Contemporary radioecological state of the North-western Black Sea and the problems of environment conservation. Marine Pollution Bulletin, 2014, vol. 81, iss. 1, pp. 7–23.

26. Tereshchenko N. N., Polikarpov G. G., Lazorenko G. E. Doses with α-particles of plutonium anthropogenic radioisotopes to the Black Sea hydrobionts. Radioprotection, 2009, vol. 44, no. 5, pp. 305–309.

27. The chemistry of the actinide and Trasactinide elements / Eds E. L. Morss, N. M. Edelstein, J. Fuger, J. J. Katz. Dordrecht: Springer, 2008, vol. 6, 4191 p.

28. Sanchez A. L., Gastaud J., Noshkin V., Buesseler K. O. Plutonium oxidation states in the southwestern Black Sea: evidence regarding the origin of the cold intermediate layer. Deep Sea Research, 1991, vol. 38, no. 2, pp. 845–853.

29. Worldwide Marine Radioactivity Studies (WOMARS). Radionuclide Levels in Oceans and Seas. Vienna: International Atomic Energy Agency, 2005, 187 p.