Научный журнал
Фундаментальные исследования
ISSN 1812-7339
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 1,087

СЕЗОННОЕ ПОВЕДЕНИЕ 7ВЕ В ПРИЗЕМНОМ СЛОЕ ВОЗДУХА Г. РОСТОВА-НА-ДОНУ

Бураева Е.А. 1, 2 Стасов В.В. 1 Малышевский В.С. 2 Кубрин С.П. 1, 2 Толпыгин И.Е. 3 Дубоносов А.Д. 4
1 Научно-исследовательский институт физики ФГАОУ ВПО «Южный федеральный университет»
2 ФГАОУ ВПО «Южный федеральный университет»
3 Научно-исследовательский институт физической и органической химии ФГАОУ ВПО «Южный федеральный университет»
4 Южный научный центр Российской академии наук
Проведены исследования особенностей сезонного поведения 7Be, используемого в качестве трассера при изучении и описании различных экологических и метеорологических процессов в приземной атмосфере г. Ростова-на-Дону. Приведенные данные охватывают вторую половину 23-го (2001–2007 гг.) и первую половину 24-го (2007–2011 гг.) циклов солнечной активности. Установлено, что содержание (объемная активность) 7Ве в атмосферных аэрозолях варьируется в пределах от 0,025 до 27,0 мБк/м3 при среднем содержании за все время наблюдений 5,107 мБк/м3, при этом наблюдаются максимум в весенне-летний период и минимум – в осенне-зимний. Полученные зависимости подтверждают наличие процессов вымывания радиоактивных аэрозолей из атмосферы осадками и обратную зависимость среднегодовой концентрации 7Ве от солнечной активности. Данные результаты являются характерными для средних широт и умеренно-континентального климата.
7Ве
радионуклиды
приземная атмосфера
сезонное поведение
температура
солнечная активность
относительная влажность
осадки
1. Azahra M., Camacho-Garcia A., Gonzalez-Gomez C., Lopez-Penalver J.J., Bardouni T.El. Seasonal 7Be concentrations in near-surface air of Granada (Spain) in the period 1993–2001 // Applied Radiation and Isotopes. – 2003. – № 59. – Р. 159–164.
2. Gerasopoulos E., Zanis P., Stohl A., Zerefos C.S., Papastefanou C., Ringer W., Tobler L., Hubener S., Gaggeler H.W., Kanter H.J., Tositti L., Sandrini S. A climatology of 7Be at four high-altitude stations at the Alps and the Northern Apennines // Atmospheric Environment. –2001. – № 35. – Р. 6347–6360.
3. Ioannidou A., Manolopoulou M., Papastefanou C. Temporal changes of 7Be and 210Pb concentrations in surface air at temperate latitudes (40оN) // Applied Radiation and Isotopes. – 2005. – № 63. – Р. 277–284.
4. Kulan A., Aldahan A., Possnert G., Vintersved I. Distribution of 7Be in surface air of Europe // Atmospheric Environment. – 2006. – № 40. – Р. 3855–3868.
5. Papastefanou C., Ioannidou A. Beryllium-7 and solar activity. // Applied Radiation and Isotopes. – 2004. – № 61. – Р. 1493–1495.

7Ве (период полураспада, Т½ = 53 дня) – естественный радионуклид космогенного происхождения. Он образуется в ядерных реакциях на азоте, кислороде и углероде в верхних слоях атмосферы. В приземный слой воздуха, в почву и растительность 7Ве попадает в результате перемешивания воздушных масс и вымывания осадками. 7Ве при радиоактивном превращении (двойной К-захват) образует стабильный изотоп 7Li.

Образование и поведение 7Ве в приземной атмосфере связано с солнечной активностью и метеопараметрами региона исследований. В поведении 7Ве отмечается наличие максимума в весенне-летний период и минимума – в осенне-зимний [2, 3]. Длительные измерения объемной активности 7Ве в приземном слое воздуха показывают наличие обратной зависимости с солнечной активностью (числами Вольфа) [4, 5].

В целом объемная активность 7Ве варьируется в широких пределах − от 42 до 10 мБк/м3 [1-5]. В настоящее время выявлены зависимости содержания данного радионуклида от температуры воздуха и количества осадков [1, 3].

7Be используется в качестве трассера при изучении и описании различных экологических и метеорологических процессов, таких как перенос и осаждение атмосферных аэрозолей, а также для оценки их времени жизни.

В связи с этим для изучения процессов переноса данного радионуклида в приземной атмосфере необходимо проведение комплексных исследований, связанных с установлением зависимостей объемной активности (ОА) 7Be от солнечной активности (числа Вольфа) и основных метеопараметров.

Материалы и методы исследования

Для отбора проб дисперсной фазы атмосферных аэрозолей и осадков в Лаборатории радиоэкологических исследований НИИ физики Южного федерального университета в 2000 году введена в эксплуатацию фильтровентиляционная установка (ФВУ). Атмосферные аэрозоли отбирали на фильтр из ткани Петрянова ФПП-15-1.7 общей площадью 0,56 м3. Реальное (чистое) время экспозиции каждой пробы, определяемое электронным хронометром, составляет 168 часов. Расход воздуха ФВУ составляет около 510–630 м3/ч. В целом за 2001–2011 гг. было отобрано более 500 проб атмосферных аэрозолей.

Для оценки удельной активности 7Ве в атмосферных аэрозолях использовали радиометрическую низкофоновую установку на основе коаксиального полупроводникового детектора из особо чистого германия (GeНР) с эффективностью 25 % в диапазоне 13–1500 кэВ, отношением пик/комптон 51.7:1.

7Ве определяли по пику с энергией 477 кэВ. По разности весов экспонированного и чистого фильтра определяется запыленность воздуха Р0 = Р/V (мкг/м3).

Результаты исследования и их обсуждение

В результате непрерывных измерений ОА 7Ве в приземном слое воздуха г. Ростова-на-Дону за период 2001–2011 гг. установлено, что его содержание в атмосферных аэрозолях варьируется в пределах от 0,025 до 27,0 мБк/м3 при среднем содержании за все время наблюдений 5,107 мБк/м3 (рис. 1). В основном большинство измеренных значений содержания 7Ве попадает в диапазон 3–7 мБк/м3, что согласуется с полученными данными для умеренных широт (40–50° СШ) [2, 5].

pic_56.wmf

Рис. 1. Частота распределений объемной активности 7Ве (мБк/м3) в приземной атмосфере г. Ростова-на-Дону

В сезонном ходе 7Ве в атмосфере г. Ростова-на-Дону также имеют место максимум в весенне-летний период и минимум – в осенне-зимний. Подобное поведение объемной активности 7Ве связано с весенне-летней перестройкой атмосферы (из-за наличия между стратосферой и тропосферой слоя мощной температурной инверсии) и началом вегетационного периода (рис. 2).

В сезонном поведении 7Ве (см. рис. 2) в 2001–2011 гг явно выраженные максимумы объемной активности приходятся в основном на июль. Максимальные среднемесячные значения содержания 7Ве зафиксированы в 2009 г. (июль) – 19,5 мБк/м3, а минимум в 2001 г. (февраль) – 1,51 мБк/м3.

Локально-временные изменения концентрации 7Ве связаны с сочетанием солнечной активности и различных метеопараметров (количество осадков, влажность, температура воздуха) в г. Ростове-на-Дону.

Изучение зависимости сезонного поведения объемной активности 7Ве в приземном слое воздуха от количества осадков г. Ростова-на-Дону (по данным Гидрометцетра России) показало, что в большинстве случаев максимумы содержания 7Ве приходятся на минимум количества осадков, что свидетельствует о вымывании радиоактивных аэрозолей из атмосферы осадками (рис. 3).

pic_57.wmf

Рис. 2. Сезонное поведение ОА 7Ве в приземной атмосфере г. Ростова-на-Дону

pic_58.wmf

Рис. 3. Сезонное поведение объемной активности 7Ве и количества осадков

Исследования радиоактивности приземной атмосферы г. Ростова-на-Дону охватывают вторую половину 23-го (2001–2007 гг.) и первую половину 24-го (2007–2011 гг.) солнечных циклов.

Полученные данные (таблица) подтверждают обратную зависимость среднегодовой ОА 7Ве от солнечной активности. На максимум чисел Вольфа (111,0) приходится минимум содержания 7Ве (3,2 мБк/м3).

Результаты проведенных исследований согласуются с длительными измерениями содержания 7Ве в приземной атмосфере ряда стран Европы [1–5].

Детальное (среднемесячное) поведение ОА 7Ве и чисел Вольфа также демонстрирует их обратную зависимость (рис. 4). При этом явные солнечные вспышки (например, в 2003 г.) не сказываются на годовом поведении 7Ве в атмосфере, что, по-видимому, связано с дополнительным совокупным влиянием метеопараметров и времени года на сезонное распределение данного радионуклида.

Выводы

Таким образом, в результате проведенных исследований сезонного поведения 7Ве в приземном слое воздуха г. Ростова-на-Дону в период 2001–2011 гг. выявлены зависимости его объемной активности от относительного числа солнечных пятен и количества выпавших осадков. Анализ подобных результатов показывает, что для детальной оценки и интерпретации годового распределения 7Ве в атмосферных аэрозолях необходим комплексный учет взаимного влияния солнечной активности и метеорологических факторов. Полученные данные являются характерными для средних широт и умеренно-континентального климата.

Динамика изменения среднегодовой ОА 7Ве в г. Ростов-на-Дону за 2001–2011 гг.

Год

Среднегодовая ОА 7Ве, мБк/м3

Числа Вольфа (W)

2001

3,2

111,0

2002

4,0

104,0

2003

4,5

63,7

2004

4,2

40,4

2005

4,9

29,8

2006

6,9

15,2

2007

5,9

7,5

2008

7,9

2,9

2009

8,3

3,1

2010

7,7

16,5

2011

7,5

55,7

pic_59.wmf

Рис. 4. Сезонное поведение 7Ве и чисел Вольфа в приземной атмосфере г. Ростова-на-Дону

Работа выполнена при финансовой поддержке Минобрнауки России в рамках Федеральной целевой программы «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» (№ 14.А18.21.0633).

Рецензенты:

Цветянский А.Л., д.ф.-м.н., доцент, профессор кафедры общей физики физического факультета Южного федерального университета, г. Ростов-на-Дону;

Бугаев Л.А., д.ф.-м.н., профессор, заведующий кафедрой теоретической и вычислительной физики физического факультета Южного федерального университета, г. Ростов-на-Дону.

Работа поступила в редакцию 26.11.2012.


Библиографическая ссылка

Бураева Е.А., Бураева Е.А., Стасов В.В., Малышевский В.С., Кубрин С.П., Кубрин С.П., Толпыгин И.Е., Дубоносов А.Д. СЕЗОННОЕ ПОВЕДЕНИЕ 7ВЕ В ПРИЗЕМНОМ СЛОЕ ВОЗДУХА Г. РОСТОВА-НА-ДОНУ // Фундаментальные исследования. – 2013. – № 1-1. – С. 177-180;
URL: http://www.fundamental-research.ru/ru/article/view?id=30918 (дата обращения: 11.08.2020).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074