Радиоактивность воды
Для начала рассмотрим гидродинамическую зональность гидросферы. Всю гидросферу разделяют на несколько вертикальных зон, которые отличаются распределением в них радиоактивных веществ в воде.
1) Зона аэрации (временного просачивания воды).
Радиоактивные воды могут образовываться в период выпадения и просачивания атмосферных осадков за счет выщелачивания пород зоны аэрации.
2) Зона интенсивного водообмена (зона влияния дренажа речной сетки).
В осадочных породах с кларковым составом радиоактивных элементов, радиоактивность вод небольшая и намного меньше, чем радиоактивность пород. Это связано с большими скоростями движения воды. В месторождениях урана в этой зоне происходит обогащение вод ураном, радием и радоном. В масcивах кислых магматических пород в зоне интенсивного водообмена происходит обогащение вод радоном. Этот процесс зависит от скорости и длины путей фильтрации воды. Теорию обогащения вод радоном разработал еще в 1990 г. Л. Махе, а после, ее развили О. И. Огильви, И.Е. Старык и В.П. Баранов. Во время движения воды радоном по трещинам породы, обогащение воды происходит по следующей формуле:
Q = (Е х (1 е (Sil1l) / w) х е (S212l) / w) / l;
где: Q — количество радона в воде;
Е — количество радона, которое выделяется с 1 куб. см. поверхности канала в радиоактивной породе;
S1 — площадь поперечного разреза канала в радиоактивной породе;
l1 — длина канала в радиоактивной породе;
S2 — площадь поперечного разреза канала в неактивной породе;
12 — длина канала в неактивной породе;
w — количество воды, которое протекает за 1 с через 1 куб. см. канала;
l– константа.
Далее рассмотрим зависимость радиоактивности воды от скорости ее фильтрации:
— вода вытекает из активного слоя с очень большим значением 1, — радиоактивность воды не зависит от скорости ее фильтрации;
— вода вытекает из активного слоя с небольшим значением 1, — радиоактивность воды уменьшается с увеличением скорости фильтрации;
— вода вытекает из сильного слоя активной породы, которая накрыта неактивным слоем. Радиоактивность воды увеличивается с возрастанием скорости фильтрации;
3) Зона затрудненного водообмена.
В осадочных породах с кларковым содержанием радиоактивных элементов воды имеют небольшую радиоактивность. В месторождениях урана в результате растворения урановых соединений воды обогащаются ураном, радием и радоном. В кислых породах вода обогащается радоном, особенно в районах глубоких тектонических трещин.
4) Зона очень затрудненного водообмена. Здесь формируются воды, обогащенные радием за счет процессов диффузий с капилляров в условиях отсутствия водообмена. Температура значительно влияет на растворение урановых минералов и таким образом на попадание в воду урана и радия, на разделение радона между жидкостью и газоподобной фазами. Увеличение температуры воды вызывает ускорение перехода в раствор остатка и уменьшение содержания Rn в жидкостной фазе, а также коэффициента растворения Rn. Минералы урана очень слабо растворяются в воде, которая имеет нейтральную реакцию.
Далее рассмотрим источники радиоактивной атмосферной воды. Незначительная часть радиоактивного фона атмосферных вод формируется за счет космических радиоактивных нуклидов: ЗН, 14С, 7Ве, 10Ве. Значительный вклад в радиоактивность атмосферных вод вносят газы радон, водород, тритий. Некоторую роль в этом играют также воды океанов и морей. Большое значение в формирование радиоактивного фона атмосферных вод имеет перенос сухих, легкорастворимых пород и солей, которые содержат радионуклиды, особенно 40К. Радиоактивность может быть связана также с вулканическими извержениями, которые содержат U, Тh, и их производные продукты, К, Rb, и другие изотопы. Особое значение в формировании радиоактивности атмосферных вод имеет загрязнение воздуха дымовыми частичками с содержанием калия и урана. Радиоактивность атмосферных осадков зависит также от размеров дождевых капель, высоты туч, направления ветра. Чем больше интенсивность осадков, тем меньше их радиоактивность. Первые порции дождя или снега всегда более радиоактивны, нежели последующие. Дождевые капли значительно увеличивают свою радиоактивность за счет накопления радиоактивных веществ в воздухе. Таким образом, осадки очищают атмосферу от радиации.