Fractionation of radium-226, uranium-238 and thorium-232 in a sod-podzolic-gley soil and in ortsteins of its eluvial horizon

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

The present research provides information about distribution and fractionation of radium-226, uranium-238 and thorium-232 in the sod-podzolic-gley soil’s profile, as well as in different-sized fractions of manganese-ferrous ortsteins, which occupy 17% of the eluvial horizon soil mass. Fractionation of radionuclides was carried out using the Pavlotskaya method adding the fraction of organic matter. It is shown that radionuclides’ specific activities are distrubuted along the profile according to an eluvial-illuvial pattern. The content of biologically available (water-soluble and exchangeable fractions) and geochemically mobile compounds (water-soluble, exchangeable and mobile fractions) decreases in order radium-226 (11.9–28.5 and 15.3–32.5% of the total activities respectively) > uranium-238 (2.9–5.3 and 6.0–8.9%) > thorium-232 (0.2–4.4 and 1.1–7.4%). In compared to the host soil mass of eluvial horizon the ortsteins of all sizes accumulate the radionuclides; weighted average coefficients of the accumulation for radium-226, uranium-238 and thorium-232 are 2.1, 1.7 and 1.8 respectively. Regardless of the ortsteins’ size fractions, radium-226 is primarily increasing its content in the exchangeable compounds, uranium-238 – in the composition of the mobile fraction, while the uptake of thorium-232 depends on the neoformations’ size and occurs via mobile compounds and compounds, associated with organic matter and oxides of aluminum and iron. Within the soil profile the specific activities of the radionuclides significantly positively correlate with each other as well as with the content of eluvially-illuvially differentiated typomorphic elements, physical clay and silt, correlate negatively – with the content of manganese and organic matter. In the eluvial horizon direct correlation with iron and inverse correlation with calcium were shown for thorium-232.

Full Text

Restricted Access

About the authors

I. M. Vershinin

Lomonosov Moscow State University

Author for correspondence.
Email: ivanvershinin1@yandex.ru
ORCID iD: 0009-0001-5208-1741
Russian Federation, Moscow

D. V. Manakhov

Lomonosov Moscow State University

Email: ivanvershinin1@yandex.ru
Russian Federation, Moscow

D. N. Lipatov

Lomonosov Moscow State University

Email: ivanvershinin1@yandex.ru
Russian Federation, Moscow

G. I. Agapkina

Lomonosov Moscow State University

Email: ivanvershinin1@yandex.ru
Russian Federation, Moscow

A. I. Shcheglov

Lomonosov Moscow State University

Email: ivanvershinin1@yandex.ru
Russian Federation, Moscow

References

  1. Архипов Н.П., Федорова Т.А., Февралева Л.Т. Соотношение форм соединений тяжелых естественных радионуклидов в почвах // Почвоведение. 1986. № 1. С. 69–73.
  2. Вдовенко В.М., Дубасов Ю.В. Аналитическая химия радия. Л.: Наука, 1973. 190 с.
  3. Водяницкий Ю.Н. Химия и минералогия почвенного железа. М.: Почв. ин-т им. В.В. Докучаева РАСХН, 2002. 236 с.
  4. Горяченкова Т.А., Казинская И.Е., Кларк С.Б., Новиков А.П., Мясоедов Б.Ф. Методы изучения форм нахождения плутония в объектах окружающей среды // Радиохимия. 2005. № 6. С. 550–555.
  5. Дженбаев Б.М., Жолболдиев Б.Т., Калдыбаев Б.К., Кармышова У.Ж., Жумалиев Т.Н. Радиоэкологическая оценка урановых хвостохранилищ Кыргызстана // Исследование живой природы Кыргызстана. 2018. № 1–2. С. 69–83.
  6. Жолочубеков Н.Ж., Дженбаев Б.М., Баширова Н.М. Загрязнение радионуклидами почв месторождения Ак-Тюз и его окрестностей // Наука, новые технологии и инновации Кыргызстана. 2018. № 6. С. 37–39.
  7. Зайдельман Ф.Р., Никифорова А.С. Генезис и диагностическое значение новообразований почв лесной и лесостепной зон. М.: Изд-во МГУ, 2001. 216 с.
  8. Зайдельман Ф.Р., Оглезнев А.К. Определение степени заболоченности по свойствам конкреций // Почвоведение. 1971. № 10. C. 94–101.
  9. Иманбердиева Н.А., Качыбекова С.Д., Жолболдиев Б.Т. Загрязнения радионуклидами почвенного покрова ураново-техногенной провинции Мин-Куш Кыргызстана // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. 2019. № 5. С. 30–34.
  10. Классификация и диагностика почв России. Смоленск: Ойкумена, 2004. 342 с.
  11. Классификация и диагностика почв СССР. М.: Колос, 1977. 221 с.
  12. Ковалев И.В., Ковалева Н.О., Столпникова Е.М., Федотов А.Б. Возраст и генезис Fe-Mn конкреций серых лесных почв южной тайги, по результатам изотопных и метагеномных исследований // Вестник Моск. ун-та. Сер. 17, почвоведение. 2022. № 4. С. 97–105.
  13. Кряучюнас В.В., Игловский С.А., Шахова Е.В., Любас А.А., Кузнецова И.А. Малоинтенсивные радиоактивные аномалии на территории города Архангельска // Экология человека. 2016. № 5. С. 9–16.
  14. Кряучюнас В.В., Шахова Е.В. Радиологические исследования на территории города Архангельска // Радиоактивность и радиоактивные элементы в среде обитания человека: Матер. V Междунар. конф. Томск, 2016. С. 360–363.
  15. Манахов Д.В., Алёхина Е.А., Липатов Д.Н., Мамихин С.В. Формы нахождения 226Ra и 232Th в дерново-подзолисто-глеевой почве // Вестник Моск. ун-та. Сер. 17, почвоведение. 2019. № 3. С. 45–52.
  16. Национальный атлас почв Российской Федерации. М.: Астрель: АСТ, 2011. 632 с.
  17. Никифорова А.С. Железистые новообразования почв южно-таежной подзоны Европейской территории России – генезис, свойства, диагностическое значение. Автореферат дис. … докт. биол. наук. М., 1997. 51 с.
  18. Павлов А.Г. Миграция урана на техногенно загрязненной территории Олекминского района Республики Саха (Якутия) // Достижения науки и техники АПК. 2009. № 1. С. 20–22.
  19. Павлоцкая Ф.И. Формы нахождения и миграция радиоактивных продуктов глобальных выпадений в почвах. Дис. … докт. хим. наук. М., 1981. 519 с.
  20. Почвоведение. Ч. 1. Почва и почвообразование / Под ред. Ковды В.А., Розанова Б.Г. М.: Высш. шк., 1988. 400 с.
  21. Рачкова Н.Г., Шапошникова Л.М. Формы нахождения урана в почве, поверхностных водах и донных отложениях района бывшего радиевого промысла // Успехи современного естествознания. 2019. № 10. С. 107–112.
  22. Рачкова Н.Г., Шуктомова И.И. Изменение подвижности соединений урана, радия и тория в пахотном слое подзолистой почвы // Почвоведение. 2009. № 2. С. 211–217.
  23. Рачкова Н.Г., Шуктомова И.И. Распределение урана и тория в подзолистой почве, загрязненной их растворимыми соединениями // Геохимия. 2015. № 2. C. 187–195.
  24. Рачкова Н.Г., Шуктомова И.И., Таскаев А.И. Состояние в почвах естественных радионуклидов урана, радия и тория (обзор) // Почвоведение. 2010. № 6. С. 698–705.
  25. Собакин П.И., Герасимов Я.Р., Перк А.А. Радиоэкологическая обстановка в районе монацитовой россыпи в Южной Якутии // Геохимия. 2019. № 4. С. 440–448.
  26. Собакин П.И., Чевычелов А.П., Герасимов Я.Р. Миграция естественных радионуклидов в поверхностных водах горно-таежных ландшафтов Эльконского урановорудного района (Южная Якутия) // Геохимия. 2015. № 11. С. 1032–1042.
  27. Собакин П.И., Чевычелов А.П., Горохов А.Н. Радиогеохимия почв и песков территории монацитовой россыпи в Южной Якутии // Почвоведение. 2021. № 12. C. 1549–1563.
  28. Соколова Т.А., Толпешта И.И., Трофимов С.Я. Почвенная кислотность. Кислотно-основная буферность почв. Соединения алюминия в твердой фазе почвы и в почвенном растворе. Тула: Гриф и К, 2012. 124 с.
  29. Тараборин Д.Г., Гацков В.Г., Демина Т.Я. Радиология нефтегазоносных районов Западного Оренбуржья. Оренбург: ИПК ОГУ, 2003. 160 с.
  30. Теория и практика химического анализа почв. М.: ГЕОС, 2006. 400 c.
  31. Тимофеева Я.О. Накопление и фракционирование микроэлементов в почвенных железо-марганцевых конкрециях различного размера // Геохимия. 2008. № 3. С. 293–301.
  32. Тимофеева Я.О. Физические и физико-химические свойства почвенных ортштейнов // Современные проблемы науки и образования. 2012. № 6. С. 561.
  33. Тимофеева Я.О., Голов В.И. Аккумуляция микроэлементов в ортштейнах почв (обзор литературы) // Почвоведение. 2010. № 4. С. 434–440.
  34. Тяжелые естественные радионуклиды в биосфере: Миграция и биологическое действие на популяции и биогеоценозы. М.: Наука, 1990. 368 с.
  35. Чевычелов А.П., Собакин П.И., Горохов А.Н. Радиационно-экологическая оценка отвалов горных пород зоны Южная в Эльконском ураново-рудном районе (Южная Якутия) // Геоэкология. Инженерная геология, гидрогеология, геокриология. 2019, № 6. С. 65–78.
  36. Шандала Н.К., Семенова М.П., Исаев Д.В., Киселев С.М., Серегин В.А., Титов А.В., Филонова А.А., Журавлева Л.А., Маренный А.М. Радиоэкологическая обстановка в районе расположения приаргунского производственного горно-химического объединения // Гигиена и санитария. 2014. № 4. С. 14–18.
  37. Шапошникова Л.М., Шуктомова И.И. Особенности распределения урана, тория и радия в профиле техноподзолистой почвы // Успехи современного естествознания. 2016. № 6. С. 48–52.
  38. Юдина А.В. Лазерная дифрактометрия в почвоведении: методические аспекты и диагностическое значение. Дис. … канд. биол. наук. М., 2018. 251 с.
  39. Ames L.L., McGarrah J.E., Walker B.A. Sorption of uranium and radium by biotite, muscovite and phlogopite // Clays and clay miner. 1983. V. 31. № 5. P. 351–356.
  40. IUSS Working Group WRB. World Reference Base for Soil Resources. International soil classification system for naming soils and creating legends for soil maps. 4th edition. International Union of Soil Sciences (IUSS). Vienna, 2022. 234 p.
  41. JCGM 100, 2008. Evaluation of Measurement Data – Guide to the Expression of Uncertainty in Measurement. JCGM, 2008. V. 100. 116 p.
  42. Kabata-Pendias A. Trace elements in soils and plants. N.Y.: CRC Press, 2011. 505 p.
  43. Ram H., Singh R.P., Prasad J. Chemical and mineralogical composition of Fe–Mn concretions and calcretes occurring in sodic soils of Eastern Uttar Pradesh, India // Australian J. Soil Res. 2001. V. 39. № 3. P. 641–648. https://doi.org/10.1071/SR98098
  44. Ryżak M., Bieganowski A. Methodological aspects of determining soil particle-size distribution using the laser diffraction method // J. Plant Nutrition Soil Sci. 2011. V. 174. № 4. P. 624–633. https://doi.org/10.1002/jpln.201000255
  45. Schwertmann U., Fanning D.S. Iron manganese concretions in hydrosequence of soils in loess in Bavaria // Soil Sci. Soc. Am. J. 1976. V. 40. № 5. P. 731–738.
  46. Van de Wiel H.J. Determination of Elements by ICP-AES and ICP-MS // National Institute of Public Health and the Environment (RIVM). Bilthoven, The Netherlands. 2003. P. 1–19.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Supplementary
Download (593KB)
Indexing metadata
3. Fig. 1. Profile distribution of total specific activities of radium-226 (1), uranium-238 (2) and thorium-232 (3) in sod-podzolic-gley soil.

Download (977KB)
Indexing metadata
4. Fig. 2. Profile distribution of specific activities of different fractions (F1, F2… F5) of heavy natural radionuclides in sod-podzolic-gley soil, Bq/kg: (a) – radium-226, (b) – uranium-238, (c) – thorium-232.

Download (1MB)
Indexing metadata
5. Fig. 3. Total specific activity of radium-226 (1), uranium-238 (2) and thorium-232 (3) in the components of the ELnn,g horizon. ASM – enclosing soil mass; 1–2, 2–3, …, >10 mm – size of the fraction of new formations.

Download (2MB)
Indexing metadata
6. Fig. 4. Forms of occurrence (fractions F1, F2, …, F5) of radium-226 (a), uranium-238 (b) and thorium-232 (c) in the ELnn,g horizon. ASM – enclosing soil mass; 1–2, 2–3, …, >10 mm – size of the fraction of new formations.

Download (3MB)
Indexing metadata
7. Fig. 5. Gross content (mg/kg) of Fe, Mn, Al and Ca and fractions (F1, F2, …, F5) in sod-podzolic-gley soil.

Download (4MB)
Indexing metadata
8. Fig. 6. Gross content (mg/kg) of Fe, Mn, Al and Ca and fractions (F1, F2, …, F5) in the ELnn,g horizon. CSM – enclosing soil mass; 1-2, 2-3, …, > 10 mm – size of fraction of new formations.

Download (2MB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2025 Russian Academy of Sciences