Исследование объемной активности радона в приземном слое атмосферы над территорией Таманского полуострова
ART 96080
Авторы:
И.
С. Подымов, Т.
М. Подымова
И.
С. Подымов, Т.
М. Подымова Библиографическое описание статьи для цитирования:
Подымов
И.
С.,
Подымова
Т.
М. Исследование объемной активности радона в приземном слое атмосферы над территорией Таманского полуострова // Научно-методический электронный журнал «Концепт». –
2016. – Т. 15. – С.
836–840. – URL:
http://e-koncept.ru/2016/96080.htm.
Аннотация. Работа посвящена решению задачи радонового картирования территорий Таманского полуострова в аспекте проблемы взаимодействия экосистем региона и населения. В процессе исследований разработан и внедрен в практику экспресс-метод расчета объемной активности радона по энергии короткоживущих дочерних продуктов распада радона в воздухе. Построена карта распределения объемной активности радона в приповерхностном слое прибрежной полосы Азовского и Черного морей, а также над всей поверхностью Таманского полуострова. Определены среднестатистические значения объемной активности радона для основной территории Тамани, в зонах тектонических нарушений и во время экстремальных событий.
Текст статьи
ПодымовИгорь Семенович,кандидат технических наук, ведущий научный сотрудник Лабораториилитодинамики и геологии, Южное отделение института океанологии им. П.П.Ширшова РАН, г. Геленджикipodymov@inbox.ru
ПодымоваТатьяна Михайловна,научный сотрудник Лаборатории литодинамики и геологии, Южное отделение института океанологии им. П.П.Ширшова РАН, г. Геленджикtpodymova@inbox.ru
Исследование объемной активности радонав приземном слое атмосферы над территорией Таманского полуострова
Аннотация.Работа посвящена решению задачирадонового картированиятерриторийТаманского полуострова в аспектепроблемы взаимодействия экосистем региона и населения.В процессе исследований разработан и внедрен в практику экспрессметод расчета объемной активности радона по энергии короткоживущих дочерних продуктов распада радона ввоздухе. Построенакарта распределения объемной активности радонав приповерхностном слое прибрежной полосыАзовского и Черного морей, а также над всейповерхностьюТаманского полуострова. Определены среднестатистическиезначенияобъемной активности радонадля основной территории Тамани, в зонахтектонических нарушений и во время экстремальных событий.Ключевые слова: Таманский полуостров, радон, объемная активность радона.
ВведениеЗадачи, ориентированные на исследование взаимодействия экосистем региона и населения в аспекте современной проблемы экологической безопасности АзовоЧерноморского побережья России, возникли после неординарного геологического события, произошедшего на Таманском полуострове в 2011 году. В ночь с 29 на 30 апреля, в районе мыса Каменный, произошло высокоамплитудное неотектоническое поднятие участка дна Азовского моря с захватом береговой полосы(рис.1). Площадь зафиксированного поднятия составила около 10 га, амплитуда поднятия –более 5 м.[1]. В месте и во время произошедшего события поверхность Азовскогоморя была покрыта белой пеной.
Рис.1.Мыс Каменный. Неотектоническое поднятие.Проведенные наблюдения показали, что подъем морского дна обусловлен деформацией антиклинальной складки,т.к.поднятие было сложено из коренных пород, а не из продуктов извержения грязевого вулкана. Породы подверглись значительным деформациям и залегали под углом до 800,как на поверхности поднятия, так и в абразионном уступе(рис. 2).
Рис. 2. Мыс Каменный. Фрагмент поднявшегося морского дна.
Сейсмические разрезы, выполненные на подводном продолжении поднятия, зафиксировали аномалии, связанные с миграцией глубинных флюидов. Флюидизация разреза подтвердилась высокими значениями эманации радона из недр. Замеры объемнойактивности радонав надпочвенном воздухе в районе поднятияпоказали значения до 80000 Бк/м3(при допустимой величине150 Бк/м3) [2].Территория Таманского полуострова густонаселенна. В частности, в непосредственной близости от места произошедшего события находится поселок Приазовский. Для выявлениявозможного радиационного воздействия дочернихпродуктовраспада радонана население, былорешено произвестикартированиерадоноопасности территорийТаманского полуострова.
РадонПрежде чем приступить к изложению материалов исследований, считаем необходимым привести некоторую информацию о радоне. Это важно, чтобы понять причину выбора изотопа радона 222Rnдля дальнейших рассуждений.Радон–радиоактивныйгаз, безцвета,беззапаха.Самыйтяжелыйэлементнулевойгруппыпериодической системы,единственныйизблагородныхгазов,неимеющийстабильныхи долгоживущихизотопов.Имеет 3 природных изотопа.Радон222RnСамый устойчивый из изотопов радона, входящий в семейство урана 238Uи являющийся непосредственным продуктом распадарадия226Ra. Обычно название «радон» относят именно к этому изотопу. Имеет период полураспада 3,8235 дня. Время распада 97% изотопа –20 дней.Торон220RnТорон открыт в 1900 году и представляет собой эманацию радиоактивного элемента семейства тория 232Th. Является продуктом распада изотопа радия 224Ra. Период полураспада 54,5 с, время 97% распада –285,079 с.Актинон219RnАктинон открыт в 1903 году. Входит в семейство урана 235U, в цепочку распада котороговходит актиний 227Acи изотоп радия223Ra. Из природных –самый короткоживущий изотоп. Период полураспада 3,92 с, время 97% распада –20,505 с.Ниже показаны ряды превращений радиоактивных семейств урана и тория до момента образования изотопов радона.
Изотопы радона, испуская при распаде альфачастицы, превращаются в твердые радиоактивные изотопы полония, свинца и висмута, именуемые «активным налетом». Продукты распада являются металлами и не имеют отношения к группе инертных газов. Линейные размеры свободных атомов металла составляют единицы нм и не могут долгонаходиться в атмосфере в свободном состоянии. При соприкосновении с нерадиоактивными аэрозолями,частицами пылиидыма, капельками тумана и т.п. они образуют радиоактивные аэрозоли, размер которых увеличен на несколько порядков. Так выглядят упрощенные цепочки распада изотопов радона.
Как видно из схемы, продукты распада изотопов радона являются вторичными альфа и бета излучателями.В избыточных количествах радон выбрасывается при тектонических деформациях. Повышенная объемная концентрация радона в воздухе является индикатором наличия тектонических разломов, проникающих на глубины в десятки километров. Мониторинг радонового фона во многих странах используется для прогнозов изменения напряженнодеформированного состояния земной коры.Из физических свойств изотопов радона(времени жизни, в частности) видно, что эманации актинона и торона не способны к миграции на скольконибудь заметные расстояния от ядерпредшественников. Поэтому во всех наших рассуждениях под объемной активностью радона подразумевается объемная активностьизотопа радона 222Rn, в цепочку распада которого входят изотопы 218Po, 214Pbи 214Bi.
Геологическая структура Таманского полуостроваГеологическая структура полуострова имеет сложный характер. В геотектоническом отношении Таманский полуостров является гетерогенным образованием, находящимся на стыке горных массивов Крыма и Кавказа. Именно это и предопределило выделение в регионе крупных тектонических структур первого порядка: замыкание мегантиклинориев Горного Крыма и Большого Кавказа, ИндолоКубанский прогиб, межпериклинальный КерченскоТаманский поперечный прогиб[3].Активность тектонических процессов способствует дополнительной абразии береговой линии, а также созданию предпосылок возникновения экстремальных ситуаций в некоторых населенных пунктах прибрежной полосы.Состояние земной поверхности Таманского региона характеризуется как напряженнодеформированное. К «срыву» защемленных друг с другом крыльев сейсмогенного разлома и следующего за ним землетрясения могут привестикак нагрузки возрастающего напряжения, превысившие прочность пород, так и дополнительное внешнее воздействие (сейсмические волны от землетрясения в удаленном регионе; колебания земной поверхности, вызванные техногенным воздействием и т.п.). Интервал междуземлетрясениями, именуемый показателем «созревания» землетрясения, –является стабильной величиной при характерных для региона темпах тектонических подвижек и при отсутствии факторов дополнительного внешнего воздействия.Начало маршрутными мониторинговымисследованиям на Таманском полуострове было положеновесной 2011 года. Сразу же после апрельских событий на мысеКаменный.
Натурные исследованияИсследования производились методом индикации естественных признаков проявления природных процессов. Для проведения лабораторных анализов осуществлялся отбор проб грунта, воды и брекчии. В процессе исследований использовалось современное высокоточное навигационное, радиометрическое и лабораторное оборудование, картографическое (лицензионное) программное обеспечение с топографическими картами.В весеннелетний период 2011 года на территории Таманского полуострова выявлен ряд других аномалий:Мыс Пекло с грязевым вулканом Азовское пекло.Вулкан находится, примерно, в 5 км на востоке от мыса Каменный. Вулкан существенно поднялся над уровнем моря. И грязь из него ушла. На рис. 3и рис. 4показано, соответственно,состояние вулкана в2010 году, и после подъема плиты (в мае2011 года).
Рис.3.Грязевой вулкан Азовское пекло. Июнь, 2010 г.
Рис.4.Грязевой вулкан Азовское пекло. Май, 2011 г.
ГрязевойвулканГнилаягора.Вулкан находится в юговосточном направлении на расстоянии около 40 км от мыса Каменный. После тектонических подвижек 2011 года, грязевая лава шириной до 15 м рекой изливалась из вулкана более 2х месяцев(рис. 5). Т.е., этот участок земной поверхности опустился и выдавил большое количество грязи из глубинных слоев. Грязевая река пересекла проселочную дорогу и достигла территории городского кладбища г. Темрюк. Протяженность потока была длиной более 1 км.
Рис. 5. Грязевой вулкан Гнилая гора. Фрагмент грязевого потока. Май, 2011 г.
ГораКарабетка.НавосточномсклонегорыКарабетка(в30кмнаюготмысаКаменный)активизировалсягрязевойвулкан(рис.6)вточке,обозначеннойнатопографическихкартах2006годакакродник.Все это говорит о том, что в 2011 году тектоническая активность на Таманском полуострове не была локальной и затронула большие территории полуострова.
Рис. 6. Грязевой вулкан на восточном склоне горы Карабетка.
Гипотеза причинноследственной связи произошедших событий была высказана в [1]. Согласно гипотезе, развитие событий происходило в следующей последовательности. 11 марта 2011 года произошло 9 балльное землетрясение Tohoku. По данным «Центра мониторинга землетрясений США»[4], колебания земной коры с большой скоростью распространялись в широтном направлении(рис.7).
Рис. 7. Фрагмент2,5 часовойзаписи колебаний земной поверхности на территории США с момента возникновения землетрясенияTohoku. По данным [4]. Во время первой волны землетрясения амплитуда колебаний земной поверхности в Таманском регионе превышала фон в 70раз[5](рис. 8). Возможно, что в результате резонансных процессов, возникших как эхо землетрясения, произошла разрядка накопившихсятектонических напряжений. Разрядка напряжений вызвала деформацииантиклинальных складок,которые проявились в виде описанных выше аномалий. Произошедшиесобытияне противоречат моделямЛоренса [6].
Рис. 8.Карта распространения колебаний земной поверхностив частотном диапазоне 0,3 –1,0 Гцпо всему земному шаруот эпицентраземлетрясения Tohoku[5]. Точки на карте –сейсмостанции. Амплитуда колебаний представлена в виде отношений сигнал/шум.
Масштаб аномалий 2011 года убедил нас в необходимости исследований радонового потенциала Таманского полуострова. На первом этапе был реализован методлабораторного анализа отобранных в процессе натурных исследований проб. Однако высокая трудоемкость лабораторного метода не позволяла производитьдетальное радоновое картирование исследуемых территорий. Так возникла задача разработки экспрессметода, который позволил бы произвести оперативную съемку объемной активности радона над исследуемыми поверхностями.В основу экспрессметода легло уравнение эквивалентной равновесной объемной активности радона для неравновесной смеси короткоживущих дочерних продуктов распада в воздухе [7]. Уравнение связывает величину скрытой энергии объемной активности радона с энергией распада дочерних короткоживущих продуктов. С помощью проведенных на стенде исследований найден коэффициент равновесия в уравнении, входным параметром которого является суммарная энергия распада дочерних короткоживущих продуктов, фиксируемая радиометром GMC320, а выходным –объемная активность радона[8].Радиометр фиксирует количестворадиоактивных распадовдля каждойминутыизмерения. Классическиежеметоды позволяют получить первые значения концентрации радона в воздухе не ранее, чем через суткипосле начала измерений.
Тестированиеэкспрессметодарасчетаобъемнойактивностирадонапоэнергиираспададочернихкороткоживущихпродуктовпоказало,чтоондостаточноточноповторяетрезультатызамеров,сделанныеспектроскопическимметодом.Графикиизмененияобъемнойактивностирадоназавремялабораторногоэкспериментапопоказаниямспектроскопическогоизмерителяконцентрациирадонаипомоделипоказанынарис.4.
Рис.9.Графикиизмененияобъемнойактивностирадоназавремяэксперимента.
Изграфиковвидно,чтоэкспрессметод позволяетнапорядкиувеличитьскоростьпроизводствазамеровиувидеть,какиеизмененияобъемнойактивностирадонапроисходятвнутривременныхинтервалов,недоступныхдляисследованийклассическимметодом.РадоновоекартированиеисследованныхтерриторийТаманскогополуостровавыполненоописаннымметодом.Длякартографическойпривязкиданныерадиометравтабличномвидеприсоединялиськданнымнавигационногооборудования.
Результаты натурных исследованийПостроенная карта распределения объемной активности радона над поверхностью (в приземном слое 03 м) Таманского полуострова в весеннелетние периоды 20132016г.г. представлена на рис. 10. Картапоказывает, что значенияповышенной концентрации радона сосредоточены вдоль антиклиналей исследованныхтерриторий.В численном выражении среднестатистические данные таковы:в «спокойный» период для 80% территорий Тамани значения объемной активности радона над поверхностьюлежат впределах 1220 Бк/м3;в зонах тектонических нарушенийониподнимаются до 100 Бк/м3;во время экстремальных событий (как пример, вышеупомянутое высокоамплитудное неотектоническое поднятие участка морского дна Азовского моря), в некоторых местах (поселок Приазовский, Радоновое озеро), объемная активность радонапревышает 10000 Бк/м3.Здесь следуетотметить, что на полученные значения объемной активности радона наложен отпечаток «сезонности». В настоящее время проводятся исследования зависимости объемной активности радона в атмосферном воздухе от метеорологических параметров и от времени года. Но это уже отдельная работа. Результаты исследований разномасштабной изменчивости объемной активности радона в атмосферном воздухе будут готовы несколько позже.
В процессе натурных исследований производился мониторинг территории неотектонического поднятия. 4х летние наблюденияпозволилирассчитать показатель «созревания»землетрясений для этого участка Таманского полуострова. Он составил, примерно, 3540 лет [1].
ВыводыНовообразованные структуры, возникшие в результате разрядки тектонических напряжений, являются индикаторамипотенциальной опасности сложного геологического строения земной толщи в регионе. Именно этим обусловлена актуальность мониторинга радоновой обстановки.
Оценка радоноопасности территорий Таманского полуострова произведена впервые. Построенная карта распределения объемной активности радона над поверхностью Таманского полуострова позволит ориентироваться при выборе мест для ведения хозяйственной деятельности.Экспрессметод расчетаобъемнойактивностирадонапоэнергиираспададочернихкороткоживущихпродуктовможно рекомендовать для оперативного радиологического мониторинга окружающей среды, прогнозирования и ликвидации загрязнениярадионуклидами. Проводимые исследования имеют особое значениев аспекте современной проблемы экологической безопасности АзовоЧерноморского побережья России.
Исследования поддерживаются Российским Научным Фондом, проект 145000095.
Ссылки на источники1.PodymovI.S., Podymova T.M.Anomalous Natural Phenomenon at the Coastal Zone of Azov Sea //Global Congress on ICM. LessonsLearnedtoAddressNewChallenges. Proceedings of EMECS 10 Medcoast 2013 Joint Conference.–
Ankara, Turkey: Bizim Dijital Matbaa.–2013.–Vol. 1. –P. 655664.2.Подымов И.С., Подымова Т.М.Исследование плотности потока радона с водных и грунтовых поверхностей Таманского полуострова // Материалы международного семинара «Экология прибрежной зоны внутренних морей».Геленджик, 3–6 июля 2014 г.–Геленджик: Интертехнологии,2014.–С.4149.3.Шнюков Е.Ф., Соболевский Ю.В., Гнатенко Г.И., Науменко П.И., Кутний В.А. Грязевые вулканы КерченскоТаманской области.–Киев: Наукова думка, 1986.–152с.4.The USArray GMV for M 8.9 Near East Coast of Honshu, Japan.–URL: http://www.ds.iris.edu/spud/gmv/4841(датаобращения: 10.01.2016).5.Signal to noise ratio map for all BHZ data at IRIS 0.3 to 1.0 Hz.–URL: http://www.ds.iris.edu/spud/eventplot/650555 (датаобращения: 10.01.2016).6.Lawrence W. Braile. Seismic Wavesand the Slinky: A Guide for Teachers.–URL: http://www.web.ics.purdue.edu/~braile/edumod/slinky/slinky.pdf (датаобращения: 14.04.2015). 7.Яковлева В.С. Измерение плотности потока радона и его изотопов с поверхностей.–Томск: Издательство Томского политехнического университета, 2011.–174 с.8.Подымов И.С., Подымова Т.М.Экспрессметод исследований объемной активности радона над поверхностью обитаемых территорий //Материалы научнопрактической конференции «Пути решения проблемы сохранения и восстановления пляжей Крымского полуострова».Севастополь, 16–18 сентября 2015 г.–Севастополь: МГИ РАН,2015.–С. 6869.
ПодымоваТатьяна Михайловна,научный сотрудник Лаборатории литодинамики и геологии, Южное отделение института океанологии им. П.П.Ширшова РАН, г. Геленджикtpodymova@inbox.ru
Исследование объемной активности радонав приземном слое атмосферы над территорией Таманского полуострова
Аннотация.Работа посвящена решению задачирадонового картированиятерриторийТаманского полуострова в аспектепроблемы взаимодействия экосистем региона и населения.В процессе исследований разработан и внедрен в практику экспрессметод расчета объемной активности радона по энергии короткоживущих дочерних продуктов распада радона ввоздухе. Построенакарта распределения объемной активности радонав приповерхностном слое прибрежной полосыАзовского и Черного морей, а также над всейповерхностьюТаманского полуострова. Определены среднестатистическиезначенияобъемной активности радонадля основной территории Тамани, в зонахтектонических нарушений и во время экстремальных событий.Ключевые слова: Таманский полуостров, радон, объемная активность радона.
ВведениеЗадачи, ориентированные на исследование взаимодействия экосистем региона и населения в аспекте современной проблемы экологической безопасности АзовоЧерноморского побережья России, возникли после неординарного геологического события, произошедшего на Таманском полуострове в 2011 году. В ночь с 29 на 30 апреля, в районе мыса Каменный, произошло высокоамплитудное неотектоническое поднятие участка дна Азовского моря с захватом береговой полосы(рис.1). Площадь зафиксированного поднятия составила около 10 га, амплитуда поднятия –более 5 м.[1]. В месте и во время произошедшего события поверхность Азовскогоморя была покрыта белой пеной.
Рис.1.Мыс Каменный. Неотектоническое поднятие.Проведенные наблюдения показали, что подъем морского дна обусловлен деформацией антиклинальной складки,т.к.поднятие было сложено из коренных пород, а не из продуктов извержения грязевого вулкана. Породы подверглись значительным деформациям и залегали под углом до 800,как на поверхности поднятия, так и в абразионном уступе(рис. 2).
Рис. 2. Мыс Каменный. Фрагмент поднявшегося морского дна.
Сейсмические разрезы, выполненные на подводном продолжении поднятия, зафиксировали аномалии, связанные с миграцией глубинных флюидов. Флюидизация разреза подтвердилась высокими значениями эманации радона из недр. Замеры объемнойактивности радонав надпочвенном воздухе в районе поднятияпоказали значения до 80000 Бк/м3(при допустимой величине150 Бк/м3) [2].Территория Таманского полуострова густонаселенна. В частности, в непосредственной близости от места произошедшего события находится поселок Приазовский. Для выявлениявозможного радиационного воздействия дочернихпродуктовраспада радонана население, былорешено произвестикартированиерадоноопасности территорийТаманского полуострова.
РадонПрежде чем приступить к изложению материалов исследований, считаем необходимым привести некоторую информацию о радоне. Это важно, чтобы понять причину выбора изотопа радона 222Rnдля дальнейших рассуждений.Радон–радиоактивныйгаз, безцвета,беззапаха.Самыйтяжелыйэлементнулевойгруппыпериодической системы,единственныйизблагородныхгазов,неимеющийстабильныхи долгоживущихизотопов.Имеет 3 природных изотопа.Радон222RnСамый устойчивый из изотопов радона, входящий в семейство урана 238Uи являющийся непосредственным продуктом распадарадия226Ra. Обычно название «радон» относят именно к этому изотопу. Имеет период полураспада 3,8235 дня. Время распада 97% изотопа –20 дней.Торон220RnТорон открыт в 1900 году и представляет собой эманацию радиоактивного элемента семейства тория 232Th. Является продуктом распада изотопа радия 224Ra. Период полураспада 54,5 с, время 97% распада –285,079 с.Актинон219RnАктинон открыт в 1903 году. Входит в семейство урана 235U, в цепочку распада котороговходит актиний 227Acи изотоп радия223Ra. Из природных –самый короткоживущий изотоп. Период полураспада 3,92 с, время 97% распада –20,505 с.Ниже показаны ряды превращений радиоактивных семейств урана и тория до момента образования изотопов радона.
Изотопы радона, испуская при распаде альфачастицы, превращаются в твердые радиоактивные изотопы полония, свинца и висмута, именуемые «активным налетом». Продукты распада являются металлами и не имеют отношения к группе инертных газов. Линейные размеры свободных атомов металла составляют единицы нм и не могут долгонаходиться в атмосфере в свободном состоянии. При соприкосновении с нерадиоактивными аэрозолями,частицами пылиидыма, капельками тумана и т.п. они образуют радиоактивные аэрозоли, размер которых увеличен на несколько порядков. Так выглядят упрощенные цепочки распада изотопов радона.
Как видно из схемы, продукты распада изотопов радона являются вторичными альфа и бета излучателями.В избыточных количествах радон выбрасывается при тектонических деформациях. Повышенная объемная концентрация радона в воздухе является индикатором наличия тектонических разломов, проникающих на глубины в десятки километров. Мониторинг радонового фона во многих странах используется для прогнозов изменения напряженнодеформированного состояния земной коры.Из физических свойств изотопов радона(времени жизни, в частности) видно, что эманации актинона и торона не способны к миграции на скольконибудь заметные расстояния от ядерпредшественников. Поэтому во всех наших рассуждениях под объемной активностью радона подразумевается объемная активностьизотопа радона 222Rn, в цепочку распада которого входят изотопы 218Po, 214Pbи 214Bi.
Геологическая структура Таманского полуостроваГеологическая структура полуострова имеет сложный характер. В геотектоническом отношении Таманский полуостров является гетерогенным образованием, находящимся на стыке горных массивов Крыма и Кавказа. Именно это и предопределило выделение в регионе крупных тектонических структур первого порядка: замыкание мегантиклинориев Горного Крыма и Большого Кавказа, ИндолоКубанский прогиб, межпериклинальный КерченскоТаманский поперечный прогиб[3].Активность тектонических процессов способствует дополнительной абразии береговой линии, а также созданию предпосылок возникновения экстремальных ситуаций в некоторых населенных пунктах прибрежной полосы.Состояние земной поверхности Таманского региона характеризуется как напряженнодеформированное. К «срыву» защемленных друг с другом крыльев сейсмогенного разлома и следующего за ним землетрясения могут привестикак нагрузки возрастающего напряжения, превысившие прочность пород, так и дополнительное внешнее воздействие (сейсмические волны от землетрясения в удаленном регионе; колебания земной поверхности, вызванные техногенным воздействием и т.п.). Интервал междуземлетрясениями, именуемый показателем «созревания» землетрясения, –является стабильной величиной при характерных для региона темпах тектонических подвижек и при отсутствии факторов дополнительного внешнего воздействия.Начало маршрутными мониторинговымисследованиям на Таманском полуострове было положеновесной 2011 года. Сразу же после апрельских событий на мысеКаменный.
Натурные исследованияИсследования производились методом индикации естественных признаков проявления природных процессов. Для проведения лабораторных анализов осуществлялся отбор проб грунта, воды и брекчии. В процессе исследований использовалось современное высокоточное навигационное, радиометрическое и лабораторное оборудование, картографическое (лицензионное) программное обеспечение с топографическими картами.В весеннелетний период 2011 года на территории Таманского полуострова выявлен ряд других аномалий:Мыс Пекло с грязевым вулканом Азовское пекло.Вулкан находится, примерно, в 5 км на востоке от мыса Каменный. Вулкан существенно поднялся над уровнем моря. И грязь из него ушла. На рис. 3и рис. 4показано, соответственно,состояние вулкана в2010 году, и после подъема плиты (в мае2011 года).
Рис.3.Грязевой вулкан Азовское пекло. Июнь, 2010 г.
Рис.4.Грязевой вулкан Азовское пекло. Май, 2011 г.
ГрязевойвулканГнилаягора.Вулкан находится в юговосточном направлении на расстоянии около 40 км от мыса Каменный. После тектонических подвижек 2011 года, грязевая лава шириной до 15 м рекой изливалась из вулкана более 2х месяцев(рис. 5). Т.е., этот участок земной поверхности опустился и выдавил большое количество грязи из глубинных слоев. Грязевая река пересекла проселочную дорогу и достигла территории городского кладбища г. Темрюк. Протяженность потока была длиной более 1 км.
Рис. 5. Грязевой вулкан Гнилая гора. Фрагмент грязевого потока. Май, 2011 г.
ГораКарабетка.НавосточномсклонегорыКарабетка(в30кмнаюготмысаКаменный)активизировалсягрязевойвулкан(рис.6)вточке,обозначеннойнатопографическихкартах2006годакакродник.Все это говорит о том, что в 2011 году тектоническая активность на Таманском полуострове не была локальной и затронула большие территории полуострова.
Рис. 6. Грязевой вулкан на восточном склоне горы Карабетка.
Гипотеза причинноследственной связи произошедших событий была высказана в [1]. Согласно гипотезе, развитие событий происходило в следующей последовательности. 11 марта 2011 года произошло 9 балльное землетрясение Tohoku. По данным «Центра мониторинга землетрясений США»[4], колебания земной коры с большой скоростью распространялись в широтном направлении(рис.7).
Рис. 7. Фрагмент2,5 часовойзаписи колебаний земной поверхности на территории США с момента возникновения землетрясенияTohoku. По данным [4]. Во время первой волны землетрясения амплитуда колебаний земной поверхности в Таманском регионе превышала фон в 70раз[5](рис. 8). Возможно, что в результате резонансных процессов, возникших как эхо землетрясения, произошла разрядка накопившихсятектонических напряжений. Разрядка напряжений вызвала деформацииантиклинальных складок,которые проявились в виде описанных выше аномалий. Произошедшиесобытияне противоречат моделямЛоренса [6].
Рис. 8.Карта распространения колебаний земной поверхностив частотном диапазоне 0,3 –1,0 Гцпо всему земному шаруот эпицентраземлетрясения Tohoku[5]. Точки на карте –сейсмостанции. Амплитуда колебаний представлена в виде отношений сигнал/шум.
Масштаб аномалий 2011 года убедил нас в необходимости исследований радонового потенциала Таманского полуострова. На первом этапе был реализован методлабораторного анализа отобранных в процессе натурных исследований проб. Однако высокая трудоемкость лабораторного метода не позволяла производитьдетальное радоновое картирование исследуемых территорий. Так возникла задача разработки экспрессметода, который позволил бы произвести оперативную съемку объемной активности радона над исследуемыми поверхностями.В основу экспрессметода легло уравнение эквивалентной равновесной объемной активности радона для неравновесной смеси короткоживущих дочерних продуктов распада в воздухе [7]. Уравнение связывает величину скрытой энергии объемной активности радона с энергией распада дочерних короткоживущих продуктов. С помощью проведенных на стенде исследований найден коэффициент равновесия в уравнении, входным параметром которого является суммарная энергия распада дочерних короткоживущих продуктов, фиксируемая радиометром GMC320, а выходным –объемная активность радона[8].Радиометр фиксирует количестворадиоактивных распадовдля каждойминутыизмерения. Классическиежеметоды позволяют получить первые значения концентрации радона в воздухе не ранее, чем через суткипосле начала измерений.
Тестированиеэкспрессметодарасчетаобъемнойактивностирадонапоэнергиираспададочернихкороткоживущихпродуктовпоказало,чтоондостаточноточноповторяетрезультатызамеров,сделанныеспектроскопическимметодом.Графикиизмененияобъемнойактивностирадоназавремялабораторногоэкспериментапопоказаниямспектроскопическогоизмерителяконцентрациирадонаипомоделипоказанынарис.4.
Рис.9.Графикиизмененияобъемнойактивностирадоназавремяэксперимента.
Изграфиковвидно,чтоэкспрессметод позволяетнапорядкиувеличитьскоростьпроизводствазамеровиувидеть,какиеизмененияобъемнойактивностирадонапроисходятвнутривременныхинтервалов,недоступныхдляисследованийклассическимметодом.РадоновоекартированиеисследованныхтерриторийТаманскогополуостровавыполненоописаннымметодом.Длякартографическойпривязкиданныерадиометравтабличномвидеприсоединялиськданнымнавигационногооборудования.
Результаты натурных исследованийПостроенная карта распределения объемной активности радона над поверхностью (в приземном слое 03 м) Таманского полуострова в весеннелетние периоды 20132016г.г. представлена на рис. 10. Картапоказывает, что значенияповышенной концентрации радона сосредоточены вдоль антиклиналей исследованныхтерриторий.В численном выражении среднестатистические данные таковы:в «спокойный» период для 80% территорий Тамани значения объемной активности радона над поверхностьюлежат впределах 1220 Бк/м3;в зонах тектонических нарушенийониподнимаются до 100 Бк/м3;во время экстремальных событий (как пример, вышеупомянутое высокоамплитудное неотектоническое поднятие участка морского дна Азовского моря), в некоторых местах (поселок Приазовский, Радоновое озеро), объемная активность радонапревышает 10000 Бк/м3.Здесь следуетотметить, что на полученные значения объемной активности радона наложен отпечаток «сезонности». В настоящее время проводятся исследования зависимости объемной активности радона в атмосферном воздухе от метеорологических параметров и от времени года. Но это уже отдельная работа. Результаты исследований разномасштабной изменчивости объемной активности радона в атмосферном воздухе будут готовы несколько позже.
В процессе натурных исследований производился мониторинг территории неотектонического поднятия. 4х летние наблюденияпозволилирассчитать показатель «созревания»землетрясений для этого участка Таманского полуострова. Он составил, примерно, 3540 лет [1].
ВыводыНовообразованные структуры, возникшие в результате разрядки тектонических напряжений, являются индикаторамипотенциальной опасности сложного геологического строения земной толщи в регионе. Именно этим обусловлена актуальность мониторинга радоновой обстановки.
Оценка радоноопасности территорий Таманского полуострова произведена впервые. Построенная карта распределения объемной активности радона над поверхностью Таманского полуострова позволит ориентироваться при выборе мест для ведения хозяйственной деятельности.Экспрессметод расчетаобъемнойактивностирадонапоэнергиираспададочернихкороткоживущихпродуктовможно рекомендовать для оперативного радиологического мониторинга окружающей среды, прогнозирования и ликвидации загрязнениярадионуклидами. Проводимые исследования имеют особое значениев аспекте современной проблемы экологической безопасности АзовоЧерноморского побережья России.
Исследования поддерживаются Российским Научным Фондом, проект 145000095.
Ссылки на источники1.PodymovI.S., Podymova T.M.Anomalous Natural Phenomenon at the Coastal Zone of Azov Sea //Global Congress on ICM. LessonsLearnedtoAddressNewChallenges. Proceedings of EMECS 10 Medcoast 2013 Joint Conference.–
Ankara, Turkey: Bizim Dijital Matbaa.–2013.–Vol. 1. –P. 655664.2.Подымов И.С., Подымова Т.М.Исследование плотности потока радона с водных и грунтовых поверхностей Таманского полуострова // Материалы международного семинара «Экология прибрежной зоны внутренних морей».Геленджик, 3–6 июля 2014 г.–Геленджик: Интертехнологии,2014.–С.4149.3.Шнюков Е.Ф., Соболевский Ю.В., Гнатенко Г.И., Науменко П.И., Кутний В.А. Грязевые вулканы КерченскоТаманской области.–Киев: Наукова думка, 1986.–152с.4.The USArray GMV for M 8.9 Near East Coast of Honshu, Japan.–URL: http://www.ds.iris.edu/spud/gmv/4841(датаобращения: 10.01.2016).5.Signal to noise ratio map for all BHZ data at IRIS 0.3 to 1.0 Hz.–URL: http://www.ds.iris.edu/spud/eventplot/650555 (датаобращения: 10.01.2016).6.Lawrence W. Braile. Seismic Wavesand the Slinky: A Guide for Teachers.–URL: http://www.web.ics.purdue.edu/~braile/edumod/slinky/slinky.pdf (датаобращения: 14.04.2015). 7.Яковлева В.С. Измерение плотности потока радона и его изотопов с поверхностей.–Томск: Издательство Томского политехнического университета, 2011.–174 с.8.Подымов И.С., Подымова Т.М.Экспрессметод исследований объемной активности радона над поверхностью обитаемых территорий //Материалы научнопрактической конференции «Пути решения проблемы сохранения и восстановления пляжей Крымского полуострова».Севастополь, 16–18 сентября 2015 г.–Севастополь: МГИ РАН,2015.–С. 6869.
