Геохімія техногенезу

ТОКСИКОЛОГІЧНЕ ДОСЛІДЖЕННЯ МОХОВОГО ПОКРИВУ У СОСНОВИХ ЛІСАХ БІОГЕОХІМІЧНОГО ЛАНДШАФТУ У ФОНОВОМУ РАЙОНІ УКРАЇНСЬКОГО ПОЛІССЯ. ЧАСТИНА 2. РАДІОНУКЛІДИ – 137CS

O. O. Oрлов — 2024-09-13

Завдання досліджень – оцінити міжвидові відмінності акумуляції 137Cs мохами; проаналізувати розподіл 137Cs між фракціями мохів; виявити багаторічну динаміку вмісту 137Cs у мохах та величини коефіцієнта біологічного поглинання 137Cs мохами у 2002–2022 рр.; розрахувати залежність між питомою активністю 137Cs у Dicranum polysetum та у ґрунті на основі статистичного систематичного підходу; виявити просторову неоднорідність питомої активності 137Cs у моховому покриві та ґрунті й кількісно оцінити її з використанням засобів фрактальної геометрії. Дослідження проведене у 2 етапи: у 2002 р. та 2022 р. на 3 пробних площах у Житомирській обл., Коростенському р-ні, Повчанському лісництві, філії «ДП Лугинське лісове господарство» ДП «Ліси України». Рослинність була представлена сосновим лісом асоціації Molinio-Pinetum Matuszkiewicz (1973) 1981, у типі лісорослинних умов вологий субір (В3). Зразки мохів відбирали по фракціях: приріст першого року, приріст другого року, приріст більш ранніх років та очіс. Питому активність 137Cs вимірювали на спектроаналізаторі СЕГ-001 AKП-С-150 із сцинтиляційним детектором БДЕГ-20-Р2. Як показник інтенсивності акумуляції 137Cs у ланці «грунт – мох» був використаний коефіцієнт біологічного поглинання (КБП). У 2002 р. за середніми значеннями вмісту 137Cs у прирості першого року (приростах першого та другого років) види мохів можна розмістити в такому порядку: Leucobryum glaucum > Dicranum polysetum > Polytrichum commune > Sphagnum palustre > S. capillifolium > Pleurozium schreberi, з міжвидовими відмінностями цього показника у 2,2 раза. У 2002 р. та 2022 р. розподіл питомої активності 137Cs між фракціями мохів був подібним: максимальні величини питомої активності 137Cs були в живих, верхівкових частинах – прирості першого року (приростах першого та другого років). Нижче цієї частини спостерігалося зменшення цього показника у прирості другого року, приростах більш раннього періоду й очосі. У всіх видів мохів у 2002–2022 рр. вміст 137Cs суттєво зменшився – від 2,46 раза у Dicranum polysetum до 2 разів у Sphagnum capillifolium. Незважаючи на суттєве зменшення питомої активності 137Cs у фракціях усіх досліджених видів мохів, середні величини КБП у 2022 р. слабо зменшилися порівняно з такими 2002 р. У 2022 р. за середніми значеннями КБП види мохів можуть бути розміщені таким чином: Leucobryum glaucum (7,42 ± 0,49) > Polytrichum commune (6,72 ± 0,45) > Sphagnum palustre (6,15 ± 0,54) > Dicranum polysetum (6,11 ± 0,43) > S. capillifolium (5,99 ± 0,56) > Pleurozium schreberi (2,97 ± 0,18). Залежність питомої активності 137Cs у ґрунті від питомої активності 137Cs у Dicranum polysetum була лінійною, тісною (r = 0,76) і достовірною (p = 0,000). Просторова неоднорідність забруднення 137Cs мохового покриву та ґрунту була високою та мала осередковий характер. Зменшення середніх значень питомої активності 137Cs у моховому покриві та ґрунті залежно від кроку сітки є підтвердженням їх фрактального розподілу. Ми запропонували замінити повну матрицю відбору проб матрицею на фракталі Вісека, з відбором проб лише по центральному стовбцю та центральному рядку або по головних діагоналях повної матриці, що дає змогу зменшити загальну кількість зразків у 5 разів, з відносною різницею середніх значень питомої активності 137Cs у моху та ґрунті порівняно з повною матрицею менше за ±10 %.

СТАН І ПЕРСПЕКТИВИ ЗАЛІЗОРУДНОЇ ГАЛУЗІ УКРАЇНИ

В.Г. Губіна — 2024-09-13

У статті проаналізовано сучасний стан і перспективи розвитку залізорудної галузі України. Показано місце України у світових рейтингах за запасами залізорудної сировини й обсягів її експорту. Висвітлено стан діючих підприємств із видобутку і збагачення залізних руд. Відповідно до спеціальних дозволів на користування надрами наведено балансові запаси й обсяги видобування багатих залізних руд підприємств, що розробляють родовища підземним способом, і запаси залізистих магнетитових кварцитів, що добуваються відкритим способом і збагачуються на рудозбагачувальних фабриках із подальшим отриманням залізорудного концентрату / окатишів. Показано, що глибина робочих горизонтів в кар’єрах, на теперішній час, становить 280–420 м, в шахтах – 1200–1300 м. При цьому балансові запаси підраховано до глибини 500–600 м у проєктних контурах кар’єрів і до 1800–1900 м на родовищах в полях діючих шахт, а також запаси з невизначеним промисловим значенням поза проєктних контурів кар’єрів і в міжрудничних ціликах рудних полей шахт. Висвітлено проблеми видобутку і збагачення залізних руд на сучасному етапі. Показано, що в Україні є всі передумови для подальшого розвитку залізорудної промисловості, а саме: розвинена інфраструктура в районах розміщення діючих підприємств; наявність балансових запасів залізорудної сировини в межах родовищ і міжрудничних ділянках діючих гірничодобувних підприємств, можливість промислової розробки невеликих залізорудних родовищ, залучення до розробки окиснених кварцитів у полях діючих шахт і кар’єрів та магнетитових кварцитів у полях діючих шахт; наявність готових технологічних рішень видобутку і підйому залізної руди з горизонтів нижче за 2000 м у шахтах, перехід до підземної та відкритої розробки родовищ корисних копалин; технологічні рішення щодо підвищення якості магнетитового концентрату й отримання гематитового концентрату.

ВИКОРИСТАННЯ ЛУЖНИХ СПОЛУК РІДКИХ РАДІОАКТИВНИХ ВІДХОДІВ ЯК АКТИВАТОРІВ ТВЕРДІННЯ ГЕОПОЛІМЕРІВ ДЛЯ КОНДИЦІОНУВАННЯ БОРАТВМІСНИХ КУБОВИХ ЗАЛИШКІВ

Ю.Г. Федоренко — 2024-09-13

Цементування рідких радіоактивних відходів, що містять у складі кубові залишки атомних станцій у мінеральні матриці, є розповсюдженим методом кондиціонування. Зв’язуючим для цементування найчастіше застосовують портландцемент. Проте, коли відходи містять значну кількість солей, особливо боратів, якість компаундів знижується. Як альтернатива у статті розглядається питання щодо кондиціонування відходів у геополімерні матриці за допомогою лужних сполук, що входять до складу кубового залишку. Процес синтезу геополімерів поєднує в собі два етапи – попереднє руйнування матеріалів (механічне, хімічне, термічне) і створення умов для твердіння підготовлених складових. Останнє досягається в разі з’єднання матеріалів із лужними сполуками (NaOH, KOH, Na2SiO3 та ін.). У лужному середовищі утворюється геополімерна матриця, яка містить радіоактивні відходи. Після випаровування води концентрація лужних сполук відходах АЕС з реакторами ВВЕР досягає таких рівнів, що самі відходи в деяких випадках можуть сприяти утворенню геополімерів, хімічний склад і умови твердіння яких заздалегідь підготовлені. Під час дослідження матриць на основі гранульованого доменного шлаку, твердіння яких відбувалося в лужному розчині імітату боратввмісного РРВ, встановлено, що можна отримати компаунди з межею міцності на стиск близько 10 МПа. Використання синтезованих геополімерних матеріалів із залученням до їх складу гранульованих шлаків має відмінність у тому, що утворюється довговічна мінеральна матриця, здатна у своєму об’ємі міцно утримувати радіонукліди чи токсичні речовини. Для досягнення такого результату шлак має містити значну кількість аморфної високодисперсної (менш ніж 80 мкм) компоненти, яка сама по собі під час твердіння надає зразкам міцності близько 4 МПа. Подальше вивчення отриманих компаундів може визначити перспективність такого способу кондиціонування й оптимальні умови реалізації процесу.

ПРО СТРУКТУРИЗАЦІЮ ТЕХНОГЕННИХ УТВОРЕНЬ У МЕЖАХ ЗАЛІЗОРУДНИХ КАР’ЄРІВ «ПІВНІЧНИЙ» ТА «ПІВДЕННИЙ» (М. КРИВИЙ РІГ)

Л.С. Осьмачко — 2024-09-13

Дослідження проводилися в межах залізорудних кар’єрів «Північний» та «Південний» м. Кривий Ріг з метою більш ефективного подальшого використання техногенно перетворених ділянок надр і земної поверхні Кривбасу. Виконано фіксацію елементів залягання у відносно непорушених невеликих за розмірами блоках (далі – блоках або «блочках») кварцитів і сланців саксаганської світи (ціликах) та в блочках розмежування ціликів – техногенних нагромадженнях. У відносно непорушених блочках кварцитів замірялися такі елементи для смугастості, сланцюватості, лінійності за мінеральними агрегатами, осями складчастих форм, штрихами, борознами тощо. Серед техногенних нагромаджень (осипів, насипів і заповнених штучних порожнин) за ступенем структуризації спостережено неструктуровані та різною мірою структуровані. В межах останніх фіксовано шаруватість, механічну сланцюватість та лінійність. Становлення системи блочків кар’єрів «Північний» та «Південний» чинилося за зміщення по вертикальній і горизонтальній осях. Виникнення новоутворених площин техногенних нагромаджень відбулося з успадкуванням наявної в ціликах структурної анізотропії зі створенням власної стратифікації. Отже, досліджувана система «блочки ціликів – техногенні нагромадження» розвивалася і формувалася як цілісний об’єкт взаємоузгоджено роки–десятиліття в поверхневих умовах. Перетворення техногенних нагромаджень, їх «добудова»/структуризація, внаслідок яких відновлюється цілісність порушених і зниклих ділянок геологічного об’єму, є конструктивними явищами. Вони практично є природною лабораторією процесів формування структурно-текстурних елементів у сипких нагромадженнях. Їх відстеження в часі дало б змогу фактично спостерігати процеси самостворення/ відтворення сучасних техногенно-природних об’єктів. Ранжування структурних новоутворень у техногенних нагромадженнях може бути застосовано як один з критеріїв оцінки асиміляційного потенціалу цих нагромаджень та сприятливості для господарського освоєння.

ПРОГНОЗУВАННЯ ДОВГОСТРОКОВИХ НЕГАТИВНИХ ВПЛИВІВ ВІД ЗАБРУДНЕННЯ ҐРУНТОВИХ ВОД НА ОБ’ЄКТАХ УРАНОВОЇ СПАДЩИНИ

Б. Ю. Заноз — 2025-03-12

Анотація. Використовуючи методологію МАГАТЕ ISAM (International Safety Assessment Methodology), інформацію про звички місцевого населення та статистичні дані про споживання продуктів харчування розраховано дозові коефіцієнти для радіонуклідів ряду урану-238 для декількох сценаріїв використання місцевим населенням підземних і поверхневих вод у зоні впливу уранового об’єкта ядерного спадку – Придніпровського хімічного заводу, м. Кам’янське (ПХЗ). Зазначені сценарії враховують такі шляхи опромінення: споживання питної води, зрошення сільськогосподарських культур, рибальство та використання річкового пляжу для відпочинку. Дозові розрахунки виконані за допомогою програмного забезпечення NORMALYSA з використанням рекомендованих МАГАТЕ математичних моделей і радіоекологічних параметрів. Отримані за результатами моделювання дозові коефіцієнти (які мають розмірність (Зв рік) / (Бк м3)) дають змогу розрахувати ефективні дози опромінення шляхом їх масштабування з фактичними концентраціями радіонуклідів, виміряними в підземних і поверхневих водах під час моніторингу або визначеними шляхом моделювання геоміграційних процесів. Зазначений підхід для дозових розрахунків може бути використаний для уранових об’єктів, розташованих в аналогічних до ПХЗ антропогенних умовах. Описана методологія застосована для обґрунтування ремедіаційних заходів, які передбачають ізоляцію радіоактивно забруднених ґрунтів, розташованих на Північному майданчику ПХЗ, за допомогою захисних ґрунтових екранів. Згідно з рекомендаціями МАГАТЕ, критерієм радіологічної безпеки для «існуючих ситуацій опромінення» було прийнято річну ефективну дозу 1 мЗв/рік. За результатами прогнозного моделювання ізоляція і зберігання забруднених ґрунтів в межах Північного майданчика ПХЗ не несе неприйнятних ризиків радіоактивного забруднення підземних вод.

ФОРМУВАННЯ ТЕХНОГЕННО НАВАНТАЖЕНОГО СЕРЕДОВИЩА У ВУГЛЕВИДОБУВНИХ РЕГІОНАХ

Н.В. Вергельська — 2025-03-12

Формування техногенно навантаженого середовища у вуглевидобувних регіонах складається із двох взаємопов’язаних процесів, які стосуються порушення верхнього шару літосфери гірничими виробками та виведення на денну поверхню осадових порід. Зміни геологічного середовища під дією вуглевидобувних робіт набувають масштабів геологічних явищ як у гірничих виробках, так і у вугільних териконах. Вуглевидобувні регіони мають корінні, у переважній більшості незворотні, зміни для верхнього шару літосфери, утворюючи нові структури. Наслідком понад двохсотрічних вуглевидобувних робіт є виведені на земну поверхню значні маси вилучених із глибин порід і вугілля, які спричинили формування нових геолого-техногенних структур та призвели до прискорення низхідних переміщень і посилення опускання приповерхневих товщ, їх деформацію, що фіксуються інженерно-геологічними та топогеодезичними спостереженнями. Зважаючи на основні вимоги нормативних документів, які діють у сфері використання надр: Закону України «Про охорону навколишнього природного середовища» та Кодексу України про надра, дослідження формування техногенно навантаженого середовища у вуглевидобувних регіонах є актуальними. У більшості випадків, визначаючи вплив вуглевидобувних підприємств на екологію регіону, розглядають насамперед породи, виведені на денну поверхню. Проте протікання геологічних процесів у териконах залишається малодослідженими. Новоутворені природно-техногенні та техногенні горизонти (ділянки) включаються в ендогенні й екзогенні процеси планетарного рівня. Геологічний процес структуроутворення зазнав значних змін у зв’язку з гірничо-видобувними роботами, які мають вплив на глибину до 2000 м. Процеси, які протікають у природно-техногенних горизонтах вуглепородних масивів, доповнюють і певною мірою змінюють перебіг попередніх геологічних процесів, але поки що їх впливів на довкілля не фіксується. Незважаючи на це, саме процеси, активізовані вуглевидобуванням у верхніх горизонтах літосфери, є визначальними для формування техногенно навантаженого середовища і мають не менший негативний вплив на довкілля, ніж терикони.

ЩОДО ПРОБЛЕМНИХ ПИТАНЬ ПЕРСПЕКТИВ ВПРОВАДЖЕННЯ В УКРАЇНІ МАЛИХ МОДУЛЬНИХ РЕАКТОРІВ

Б.Г. Шабалін — 2025-03-17

Анотація. У світі зростає інтерес до малих модульних реакторів (ММР), а їхні розробники вбачають перспективність їх впровадження з різних точок зору. Реальність впровадження ММР наближають зростаючий запит на енергетичну безпеку і низьковуглецеву енергетику. Оскільки ММР складаються з окремих модулів і виготовляються на заводі, витрати на їх виробництво значно зменшуються. ММР також можуть використовуватися для забезпечення теплом промислових процесів, виробництва водню та опріснення води. З огляду на це збалансована та об’єктивна інформація про прогрес у розробці ММР та тенденції розвитку їх технологій потрібна всім країнам, які розглядають можливість їх застосування. У світі розробляється понад сімдесят проєктів ММР. Це реактори різних тиів: з водним охолодженням, з високотемпературним газовим охолодженням, на швидких нейтронах, сольові реактори та мікрореактори. Більшість різних типів ММР дотепер перебувають на ранніх етапах науково-дослідних та дослідно-конструкторських розробок. Концепції ММР, в основі яких лежить технологія водо-водяних реакторів під тиском, є найбільш конструкційно опрацьованими, мають найвищі рівні готовності технології до впровадження. У статті за відкритими літературними джерелами узагальнено та проаналізовано перспективи розвитку технологій водо-водяних ММР: NuScale (iPWR), SMR-160, Westinghouse SMR, UK SMR у разі їх впровадження в Україні, концептуальні підходи, їх переваги і застосування, основні технічні характеристики, оціночні фактори, що впливають на економічні показники застосування ММР, оціночну характеризацію ВЯП і РАВ, що утворюються під час експлуатації і зняття з експлуатації, а також основні проблеми наявної нормативної бази щодо вибору майданчиків і захоронення РАВ. Саме тому, оцінюючи перспективи застосування технологій ММР в Україні, слід віддати перевагу водо-водяним проєктам.

ГЕОХІМІЧНІ МАРКЕРИ ДЕГРАДАЦІЇ ЕКОСИСТЕМ УНАСЛІДОК ВІЙСЬКОВОЇ АГРЕСІЇ

В.В. Долін — 2025-04-10

Нагальна потреба у формуванні прикладного напряму – криміналістичної геохімії – зумовлена розвитком техногенезу, особливо актуалізована руйнуванням екологічних функцій систем довкілля внаслідок російської агресії. Головним завданням цього напряму є створення доказової бази причинно-наслідкових зв’язків між діяльністю техногенних об’єктів (військовими діями) та забрудненням довкілля. Його методологія ґрунтується на визначенні геохімії як науки про історію хімічних елементів земної кори (за Вернадським) і декларується пріоритетом Законів Природи над Законами Суспільства у просторово-часовому аспекті. У статті обговорюється дорожня карта досліджень щодо ізотопно-геохімічної ідентифікації змін продуктивності, видового та хімічного складу біомаси екосистем, підданих впливу військової агресії. При цьому ключовим елементом ідентифікації порушень (деградації) біогеоценозу є ґрунт, який перебуває на перетині всіх шляхів міграції речовини. Проаналізовано хімічний склад вибухових речовин, визначено специфічні маркери, спрогнозовано шляхи їх міграції та акумуляції в екологічно вагомих складових ландшафту (ґрунт, рослинність, порові розчини тощо). Запропоновано окремі біогеохімічні маркери, зміна (деградація) яких однозначно вказує на причинно-наслідковий зв’язок із військовими діями, а також ізотопно-геохімічні, які дають змогу ідентифікувати часовий період цих змін. Біологічними індикаторами забруднення довкілля внаслідок військових дій можуть слугувати види, які поширені в усіх природних зонах України: очерет південний, верба, тополя, ялина, сосна – та накопичують залишки вибухових речовин і продукти їхнього неповного розкладу. При цьому деякі з перерахованих видів можуть використовуватися для фіторемедіації, наприклад очерет південний – для фітоекстракції тринітротолуолу з водойм у зоні бойових дій. Дослідження виконано за підтримки Фонду Олександра Гумбольдта (грант MSCA4Ukraine 1232235).

РАДІОЕКОЛОГІЧНІ ДОСЛІДЖЕННЯ У РАЙОНІ РОЗТАШУВАННЯ ЦЕНТРАЛЬНОЇ ЧАСТИНИ КАХОВСЬКОГО ВОДОСХОВИЩА

В.Г. Верховцев — 2025-04-10

Екологічна ситуація, що створилася після підриву греблі Каховської ГЕС у зоні колишньої акваторії однойменного водосховища та її прибережних територій, потребує вивчення з метою визначення оптимальних шляхів реагування на вже наявні та потенційні загрози й ризики. У рамках програми науково-дослідних робіт «Розробка рекомендацій щодо доцільності відбудови гідроспоруд Каховського гідровузла та наповнення Каховського водосховища для забезпечення надійної експлуатації водозаборів комунального та промислового водопостачання та відновлення екологічного стану й біорізноманіття Нижнього Дніпра» проведено комплексні радіоекологічні, гідрохімічні та геохімічні дослідження ґрунтів і донних відкладів, а також поверхневих і підземних водних об’єктів у районі розташування центральної частини Каховського водосховища. У статті наведено інтерпретацію результатів радіоекологічних вимірювань, виконаних у вересні 2023 р.: потужності еквівалентної дози гамма-випромінювання; щільності потоку альфа-випромінювання радону-222 з поверхні ґрунту (донних відкладів); інтегральної питомої гамма-активності проб ґрунту та донних відкладів; гамма-спектрометричних досліджень проб ґрунту та донних відкладів; альфа-, бета-радіометрії проб ґрунту та донних відкладів. Для візуалізації отриманих результатів побудовані карти просторового розподілу виміряних показників. Узагальнені результати проведених комплексних екологічних досліджень оформлені у вигляді звіту про науково-дослідні роботи. Цю статтю присвячено висвітленню основних отриманих результатів у частині радіоекології. Показано, що на момент проведення досліджень відсутні підстави для занепокоєння з погляду загроз радіоекологічного характеру.

БІОЕНЕРГЕТИКА НА ДЕГРАДОВАНИХ ҐРУНТАХ ГІРСЬКОЇ ЧАСТИНИ ЛЬВІВЩИНИ: ПОТЕНЦІАЛ І ВИКЛИКИ

Т.С. Ямелинець — 2025-04-11

У статті проаналізовано потенціал та виклики в розвитку біоенергетики на деградованих ґрунтах у гірській частині Львівської області. Збільшення потужності відновлюваних джерел енергії є однією із стратегічних цілей України в досягненні енергетичної незалежності та кліматичної нейтральності. Одним із таких напрямів є біоенергетика, для потреб якої можна використовувати деградовані та малопродуктивні ґрунти. Через значну деградацію ґрунтів велика частка земель стала непридатною для ведення сільського господарства. Саме тому на таких землях можна вирощувати біоенергетичні культури. До таких біоенергетичних культур належать: енергетична верба, тополя (Populus L.), чорна акація (Acacia melanoxylon R.Br.), міскантус гіганстський (Miscanthus x longiberbis (Hack.) Nakai), просо прутовидне (світчграс) (Panicum virgatum L.) тощо. Для кожної біоенергетичної культури характерні свої сприятливі умови для вирощування. Зокрема, сприятливими для вирощування біоенергетичних культур вважаються умови з річною кількістю опадів менше за 650 мм на рік та середньорічною температурою понад +6 °С. Потенціал розвитку біоенергетики розглянуто на прикладі гірської частини Львівської області. За схемою агроґрунтового районування Львівської області гірська частина розташована в Карпатській гірській лісо-лучній (буроземній) зоні, у межах якої виділяють такі агроґрунтові райони: Старосамбірський, Турківський, Воловецький і Підполонинський. Площа буроземів гірсько-лісових у межах Львівської області становить 181,1 тис. га, або 8,3% від всієї площі області. Для цих ґрунтів характерним є низький запас гумусу. Показник pH становить від 2,8 до 4,6. Такі кислотно-основні властивості є досить сприятливими для вирощування біоенергетичних культур. Відзначимо, що значна частина буроземів зазнала деградації через вирубуванні лісів. Лімітуючими факторами для вирощування біоенергетичних культур у межах Українських Карпат є крутизна схилів, оскільки значна частка схилів не придатні для вирощування чорної акації, міскантуса та світчграсу через високу крутизну, яка подекуди може перевищувати 15 %. Цей чинник не є обмежувальним для енергетичної верби й тополі. Проте в регіоні несприятливі умови для їх вирощування, оскільки встановлено, що для вирощування плантацій тополі й енергетичної верби потрібен вологий, багатий на гумус, добре дренований супіщаний або суглинковий ґрунт. Показник pH має бути в межах 5–7. Загальний азот – мінімум 15,0 мг/100 г ґрунту. Проаналізувавши перспективи вирощування біоенергетичних культур у гірській частині Львівської області можна зробити висновок, що більша частина території гірської частини області непридатна для вирощування біоенергетичних культур через особливості агрокліматичних і ґрунтових умов.