Динамика изменения элементного состава природной среды по данным изучения гербарных и современных сборов растений юга Сибири

Введение 4
1 Использование растений в качестве индикатора изменений в геохимии
биосферы 9
1.1 Применение метода биогеохимической индикации в условиях техногенеза 9
1.2 Использование травянистых и кустарничковых растений в изучении
техногенной трансформации биосферы 14
2 Изменение биосферы под воздействием ядерного техногенеза 20
2.1 Характеристика геохимических особенностей биосферы доядерного
периода 20
2.2 Характеристика геохимических особенностей биосферы ядерного периода 28
2.3 Характеристика геохимических особенностей биосферы современного
периода 35
3 Методика исследований и методы анализа 40
3.1 Методика отбора проб 40
3.2 Методы анализа 40
3.2.1 Инструментальный нейтронно-активационный анализ 42
3.2.2 Масс-спектрометрия с индуктивно связанной плазмой 44
3.2.3. Альфа-спектрометрия с радиохимической подготовкой проб 45
3.3 Методика обработки результатов 47
3.4 Геоэкологическая характеристика района исследований 49
4 Элементный состав растений как индикатор геоэкологической обстановки
на территории юга Сибири 52
4.1 Видовые особенности концентрирования химических элементов в
растениях юга Сибири 52
4.2 Индикаторные свойства элементного состава черники обыкновенной
(Vaccinium myrtillus) 61
4.3 Индикаторные свойства элементного состава брусники (Vaccinium
vitis-idaea) 73
4.4 Индикаторные свойства элементного состава лабазника вязолистного
(Filipendula Ulmaria (L) Maхim) 83
4.5 Отражение процессов металлизации биосферы в элементном составе
растений юга Сибири 94
5 Историческая реконструкция изменения элементного состава растений
на территории юга Сибири 102
5.1 Динамика изменения элементного состава черники обыкновенной
(Vaccínium myrtíllus) 102
5.2 Динамика изменения элементного состава брусники
(Vaccinium vitis-idaea) 108
5.3 Динамика изменения элементного состава лабазника вязолистного
(Filipendula Ulmaria (L) Maхim) 112
5.4 Тенденции изменения элементного состава растений юга Сибири в
условиях ядерного техногенеза 120
6 Динамика содержания плутония в чернике обыкновенной(Vaccínium myrtíllus) и
лабазнике вязолистном (Filipendula Ulmaria (L) Maхim) на территории
юга Сибири 128
6.1 Распространенность плутония в живых организмах 128
6.2 Содержание плутония в составе растений на территории Томской области и
Республики Алтай 132
Заключение 141
Список литературы 143
Приложение А (обязательное). Гистограммы распределения химических
элементов (на 12 листах) 164
Приложение Б (обязательное). Матрицы корреляционных связей химических
элементов (на 3 листах) 176
Приложение В (обязательное). Динамика содержания химических элементов в
чернике обыкновенной (Vaccinium myrtillus) (на 28листах) 179
Приложение Г (обязательное). Динамика содержания химических элементов в
бруснике (Vaccinium vitis-idaea) (на 28 листах) 207
Приложение Д (обязательное). Динамика содержания химических элементов в
лабазнике вязолистном (Filipendula Ulmaria (L) Maхim) (на 28листах) 235

Использование гербарного и современного материала растений для исторической
реконструкции изменения геохимии биосферы и выявления изменений, происходящих в
природной среде в местах произрастания растений позволило установить специфику
техногенеза юга Сибири и локальных территорий в частности.
В целом работа позволила прийти к следующим выводам:
1. Установлено содержание 58 (в том числе изотопов плутония) химических элементов в
чернике обыкновенной (Vaccínium myrtíllus) и бруснике (Vaccinium vitis-idaea) юга Сибири и
содержание 30 (в том числе изотопов плутония) химических элементов в лабазнике
вязолистном (Filipendula Ulmaria (L) Maхim). Рассчитаны средние содержания 28 химических
элементов в каждом виде растений.
2. Установлено существование положительных и отрицательных взаимосвязей между
различными элементами и их группами, которые характеризуют природные и техногенные аномалии.
3. На основе анализа гербарного и современного растительного материала выявлено, что
тенденцию к накоплению к современному периоду имеют такие элементы как Na, Ca, Sc, As, Sr,
La, Sm, Yb, Lu, Hf, Au, что свидетельствует о процессах металлизации биосферы.
4. Историческая реконструкция динамики изменения элементного состава природной
среды на территории юга Сибири, основанная на изучении гербарного растительного
материала, выявила 9 тенденций изменения элементного состава черники обыкновенной
(Vaccínium myrtíllus), 6тенденций изменения элементного состава брусники (Vaccinium vitis –
idaea) и 9 тенденций лабазника вязолистного (Filipendula Ulmaria (L) Maхim).
5. Установлено, что в ядерный период в изученных видах растений Томской области идет
накопление Rb, а в постядерный период с 1964 по 1986 гг. в растениях концентрируются такие
элементы как Sc, Co, La, Ce, Nd, Sm, Eu, Hf, Au, U.
6. Особенностями развития техногенеза Республики Алтай является поступление в
изученные виды растений в современном периоде с 1987 по 2012гг. таких элементов как Ca, Sc,
Cr, Fe, Sb, Ba, La, Nd, Sm, Tb, Yb, Lu. В доядерный период с 1886 по 1944 гг. изученные
растения Алтая в большей степени были обогащены Rb и Ta.
7. В современный временной период изотопы Pu обнаруживаются только в Томском
239 238
регионе на уровне 0,15 Бк/кг Pu и 0,06 Бк/кг Pu, что, с высокой долей вероятности,
объясняется функционированием в этой местности плутониевых производств на Сибирском
химическом комбинате.
238 239
8. Отношение изотопов Pu к Pu для растительности юга Сибири колеблется от 0,3 до
2,7 в материале гербарных сборов, характеризующих ядерный временной период. В Томском
районе в современный период этот показатель составляет 0,4. Эти показатели значительно
выше, чем показатели этого отношения, взятые за характеристику глобальных аэрозольных
выпадений от испытания ядерного оружия в атмосфере около 0,02 – 0,04 при изучении почв,
донных отложений, льда, воды. Это как нам представляется обусловлено спецификой миграции
и накопления 238Pu в живом веществе.
Таким образом, изменение химического состава растений ярко отражает развитие
ядерного техногенеза на протяжении более 100 лет. Результатом открытия явления
радиоактивности и использования ядерной энергии человек безвозвратно изменил состав
биосферы, изотопы плутония и других трансурановых элементов обнаруживаются во всех
природных средах, в том числе растительности. На основе полученных результатов
установлено, что идет металлизация биосферы, увеличение содержания многих элементов в
растениях в современном периоде на порядок превышает содержания в доядерном периоде.