Радіоекологічний стан довкілля в зоні колишнього Семипалатинського ядерного полігону

Айнур Серікова, Сергази Дюсембаєв, Шингис Сулейменов, Жаксилик Серіков, Шинар Абдикарімова
Отримано: 19.01.2025 Доопрацьовано: 08.06.2025 Прийнято: 25.06.2025
Взято з Том 28, № 7, 2025 Сторінки: 120-135
Завантажити статтю Читати статтю

Анотація

Радіоактивне забруднення довкілля в районі колишнього Семипалатинського ядерного полігону (Казахстан) зумовлене осадженням і тривалим збереженням у ґрунті, воді та рослинності довгоживучих радіонуклідів, що створює потенційні ризики для екосистем і здоров'я населення. Мета дослідження полягала в оцінці рівнів забруднення ґрунту, води та рослинності радіонуклідами америцій-241, цезій-137 і плутоній-239/240 на територіях різного радіаційного ризику в районі колишнього Семипалатинського ядерного полігону. Радіаційно-екологічний моніторинг проведено на дванадцяти контрольних пунктах з використанням спектрометричного аналізу для визначення питомої активності зазначених радіонуклідів у пробах навколишнього середовища. У результаті дослідження було встановлено виражені відмінності у вмісті радіонуклідів у ґрунті, воді та рослинності на територіях із різним рівнем радіаційного ризику. Максимальні концентрації америцію-241 (0,55 ± 0,03X Бк/кг), цезію-137 (1,83 ± 0,15 Бк/кг) і плутонію-239/240 (0,012±0,0015 Бк/кг) зареєстровано в зоні надзвичайного радіаційного ризику, тоді як у найменш забруднених районах їхні рівні були нижчими в 4-7 разів. У водних об'єктах найбільшу активність відмічено у цезію-137, концентрація якого сягала 5,22 ± 0,2 Бк/л, що істотно перевищує допустимі нормативи. У рослинності виявлено значне накопичення всіх трьох радіонуклідів: Am-241 – до 1,6 ± 0,3  Бк/кг, Cs-137 – до 2,2v± 0,1  Бк/кг, Pu239/240 – до 0,9 ± 0,1 Бк/кг. Найбільші рівні зафіксовано в зонах надзвичайного та максимального ризику, переважно в пасовищних злакових культурах. Проведений аналіз вертикального розподілу радіонуклідів засвідчив їх диференціацію за глибиною: Cs-137 та Am-241 зосереджені у верхньому шарі ґрунту (0-10 см), тоді як Pu-239/240 частково мігрував до 15-20 см, що підтверджувало ризик їхнього включення до трофічних ланцюгів та необхідність подальшого моніторингу. Отримані дані можуть бути використані при плануванні заходів з екологічної реабілітації забруднених територій, регулюванні сільськогосподарського використання пасовищ і забезпеченні радіаційної безпеки населення

Ключові слова

радіаційне забруднення; америцій-241; цезій-137; плутоній-239/240; ґрунт; вода; рослинність

  1. Abd El-Azeem, S.A., & Mansour, H. (2021). Determination of natural radionuclides and mineral contents in environmental soil samples. Arabian Journal for Science and Engineering, 46(1), 697-704. doi: 10.1007/s13369020-04738-6.
  2. Adeola, A.O., Iwuozor, K.O., Akpomie, K.G., Adegoke, K.A., Oyedotun, K.O., Ighalo, J.O., Amaku, J.F., Olisah, C., & Conradie, J. (2023). Advances in the management of radioactive wastes and radionuclide contamination in environmental compartments: A review. Environmental Geochemistry and Health, 45(6), 2663-2689. doi: 10.1007/ s10653-022-01378-7.
  3. Akhmetova, R., Atantayeva, B., Abenova, G., Karibaev, M., Amrina, M., & Kurbanova, N. (2024). The impact of nuclear testing on the environment: The case of the Semipalatinsk nuclear test site. BIO Web of Conferences, 141, article number 04039. doi: 10.1051/bioconf/202414104039.
  4. Akhtaeva, N., Boribay, E., Nurmakhanova, A., Tynybekov, B., & Moldagazyyeva, Z. (2022). Adaptive characteristics of plants in the conditions of technogenic pollution. Journal of Water and Land Development, 55(10-12), 251258. doi: 10.24425/jwld.2022.142328.
  5. Arynova, S.Z., Korogod, N.P., Chidunchi, I.Y., Kaliyeva, A.B., Akhmetov, K.K., & Zhangazin, S.B. (2024). Concentration of radioactive elements (U, Th) in components of natural environment. Experimental Biology, 101(4), 84-94.doi: 10.26577/bb.2024.v101.i4.a6.
  6. Convention on Biological Diversity. (1992, June). Retrieved from https://www.cbd.int/convention.
  7. Convention on International Trade in Endangered Species of Wild Fauna and Flora. (1975, July). Retrieved from https://cites.org/eng/disc/text.php.
  8. Dasher, D., Hanson, W., Read, S., Faller, S., Farmer, D., Efurd, W., Kelley, J., & Patrick, R. (2002). An assessment of the reported leakage of anthropogenic radionuclides from the underground nuclear test sites at Amchitka Island, Alaska, USA to the surface environment. Journal of Environmental Radioactivity, 60(1-2), 165-187. doi: 10.1016/ S0265-931X(01)00102-3.
  9. Duyssembaev, S., Łozowicka, B., Serikova, A., Iminova, D., Okuskhanova, E., Yessimbekov, Z., & Kaczyński, P. (2014). Radionuclide content in the soil-water-plant-livestock product system in east Kazakhstan. Polish Journal of Environmental Studies, 23(6), 1983-1993.
  10. Duyssembaev, S., Serikova, A., Suleimenov, S., Ikimbayeva, N., Zhexenayeva, A., Akhemtzhanova, A., & Atambayeva, Z. (2018). Radioecological monitoring of adjacent territories to the former Semipalatinsk nuclear test site, East Kazakhstan. International Journal of Engineering and Technology, 7(36), 323-328. doi: 10.14419/ ijet.v7i4.36.23796.
  11. Endo, S., et al. (2008). Iodine-129 measurements in soil samples from Dolon village near the Semipalatinsk nuclear test site. Radiation and Environmental Biophysics, 47, 359-365. doi: 10.1007/s00411-008-0162-3.
  12. European Commission. (n.d.). Radioactivity in the environment. Retrieved from https://surl.li/fvlkxi.
  13. Evans, C.P. (2022). The contours and limits of environmental remediation under the treaty on the prohibition of nuclear weapons. Netherlands International Law Review, 69(1), 115-152. doi: 10.1007/s40802-022-00218-w.
  14. Feng, D., Yang, F., Wang, X., Zhou, X., Liu, Z., & Liao, H. (2022). Distribution of plutonium isotopes in soils between two nuclear test sites: Semipalatinsk and Lop Nor. Journal of Environmental Radioactivity, 242, article number 106792. doi: 10.1016/j.jenvrad.2021.106792.
  15. Filss, M., Botsch, W., Handl, J., Michel, R., Slavov, V.P., & Borschtschenko, V.V. (1998). A fast method for the determination of Strontium-89 and Strontium-90 in environmental samples and its application to the analysis of Strontium-90 in Ukrainian soils. Radiochimica Acta, 83(2), 81-92. doi: 10.1524/ract.1998.83.2.81.
  16. Gerzabek, M.H., Strebl, F., Ehlken, S., & Kirchner, G. (2024). Radioactivity in the soil-plant system. In R. Nieder & D. Benbi (Eds.), Handbook of processes and modeling in the soil-plant system (pp. 149-175). Boca Raton: CRC Press. doi: 10.1201/9781003578543.
  17. Guillén, J., Beresford, N.A., Baigazinov, Z., Salas, A., & Kunduzbaeva, A. (2022). Can stable elements (Cs and Sr) be used as proxies for the estimation of radionuclide soil-plant transfer factors? Environmental Pollution, 299, article number 118897. doi: 10.1016/j.envpol.2022.118897.
  18. Gupta, D.K., & Walther, C. (2025). Radionuclide uptake in food and consequences for humans. London: World Scientific. doi: 10.1142/13969.
  19. Hanaček, K., & Martinez-Alier, J. (2024). Nuclear supply chain and environmental justice struggles in Soviet and Post-Soviet countries. In A. Obydenkova (Ed.), Strategies and challenges of sustainable development in Eurasia (pp. 132-157). London: Routledge. doi: 10.4324/9781032704098.
  20. Harrell, E., & Hoffman, D.E. (2013). Plutonium mountain. Cambridge: Belfer Center.
  21. Högselius, P., & Klüppelberg, A. (2024). The Soviet nuclear archipelago: A historical geography of atomic-powered communism. New York: Central European University Press. doi: 10.7829/jj.4032516.
  22. Hussain, K., Khan, N.A., Vambol, V., Vambol, S., Yeremenko, S., & Sydorenko, V. (2022). Advancement in Ozone base wastewater treatment technologies: Brief review. Ecological Questions, 33(2), 7-19. doi: 10.12775/ EQ.2022.010.
  23. International Atomic Energy Agency. (2010). Worldwide open proficiency test: Determination of naturally occurring radionuclides in phosphogypsum and water. Vienna: IAEA.
  24. International Atomic Energy Agency. (2014). Radiation protection and safety of radiation sources: International basic safety standards. Vienna: IAEA. doi: 10.61092/iaea.u2pu-60vm.
  25. International Atomic Energy Agency. (n.d.). International safety standards. Retrieved from https://www.iaea.org/ resources/rpop/resources/international-safety-standards.
  26. Işık, C., Han, J., Zhang, W., Muhammad, A., Pinzon, S., & Jabeen, G. (2024). Sustainable Development Goals (SDGs): The nexus of fintech and water productivity in 11 BRICS countries. Journal of Environmental Management, 372, article number 123405. doi: 10.1016/j.jenvman.2024.123405.
  27. Larionova, N.V., Krivitskiy, P.Y., Aidarkhanova, A.K., Polevik, V.V., Timonova, L.V., Monayenko, V.N., Turchenko, D.V., Lukashenko, S.N., Toporova, A.V., & Aidarkhanov, A.O. (2024). Tritium content in vegetation cover at nuclear test locations at the “Sary-Uzen” site in the Semipalatinsk Test Site. Ecotoxicology and Environmental Safety, 288, article number 117387. doi: 10.1016/j.ecoenv.2024.117387.
  28. Lazarev, M., & Klepko, A. (2023). Evaluation of hematological and immunological parameters of blood in cattle with “iodine” pathology after the accident at TEA. Biological Systems: Theory and Innovation, 14(1), 5-12. doi: 10.31548/biologiya14(1-2).2023.008.
  29. Levchuk, S., Kashparov, V., & Pavlyuchenko, V. (2025). Root intake of 137Cs in pasture grasses. Scientific Reports of the National University of Life and Environmental Sciences of Ukraine, 21(1), 132-141. doi: 10.31548/ dopovidi/1.2025.132.
  30. Lipikhina, A., Harbron, R., Apsalikov, K., Brait, Y., Yessilkanov, G., Drozdovitch, V., & Ostroumova, E. (2025). Radioactive contamination of southeast Abai oblast, Kazakhstan, from the Chinese nuclear weapons testing program at Lop Nor: An analytical review. Journal of Radiation Research, 66(1), 24-30. doi: 10.1093/ jrr/rrae101.
  31. Mamyrbekov, A., Zhanibek, M., & Chowdhury, T. (2024). Silence of Semey nuclear test site: Past and present. Bulletin of Abai KazNPU. Series of Historical and Social-Political Sciences, 1(80). doi: 10.51889/29596017.2024.80.1.017.
  32. Ongayev, M., Montayev, S., Denizbayev, S., & Sakhipova, S. (2024). Hydrochemical Characteristics of groundwater in Northwestern Kazakhstan aquifers: Implications for livestock water supply. International Journal of Design and Nature and Ecodynamics, 19(4), 1327-1340. doi: 10.18280/ijdne.190425.
  33. Order of the Minister of Finance of the Republic of Kazakhstan No. 121 “On Approval of the Rules of Radiation Monitoring”. (2018, February). Retrieved from https://adilet.zan.kz/rus/docs/V1800016543.
  34. Order of the Minister of Health of the Republic of Kazakhstan No. KR DSM-71 “On Approval of Hygienic Standards for Ensuring Radiation Safety”. (2022, August). Retrieved from https://adilet.zan.kz/rus/docs/ V2200029012.
  35. Panitskiy, A.V., Kunduzbayeva, A.E., & Baygazy, S.A. (2022). Vertical distribution of radionuclides in soils of Semipalatinsk Test Site. NNC RK Bulletin, 3, 31-38. doi: 10.52676/1729-7885-2022-3-31-38.
  36. Penati, B. (2019). The environmental legacy of the Soviet regime. In J.-F. Caron (Ed.), Kazakhstan and the soviet legacy: Between continuity and rupture (pp. 51-74). Singapore: Palgrave Macmillan. doi: 10.1007/978-981-136693-2_4.
  37. Polivkina, Y., Syssoyeva, Y., Ivanova, A., Panitskiy, A., Kenzhina, L., & Monaenko, V. (2024). Tritium uptake in crops in the area with a high level of atmospheric tritium oxide in the territory of the former Semipalatinsk test site. PloS One, 19(10), article number e0308959. doi: 10.1371/journal.pone.0308959.
  38. Ponomaryova, T.S., Polivkina, E.N., Kenzhebayev, R.A., Nemitova, L.A., Sysoeva, E.S., & Ivanova, A.R. (2022). Accumulation of Cs-137 and Sr-90 in cultivated lettuce on soils of the main radioactively contaminated areas of the Semipalatinsk Test Site. Bulletin of Karaganda University. Biological, Medical, and Geographical Series, 108(4), 108-117. doi: 10.31489/2022bmg4/108-117.
  39. Re, C. (2024). The postnuclear ecosystem of Central Asia: Hamid Ismailov’s Vunderkind Erzhan. Studies on Central Asia and the Caucasus, 1, 127-140. doi: 10.36253/asiac-2421.
  40. Sapanov, S.Zh., Zhumabayeva, K.Zh., Makasheva, K.N., Kairgaliyeva, G., & Nigmetov, B.S. (2021). Ecology of Kazakhstan: Problems and ways of their solutions. Journal of Physics: Conference Series, 1860, article number 012020. doi: 10.1088/1742-6596/1860/1/012020.
  41. Shaforost, Yu., Pogrebniak, O., Lut, O., Litvin, V., & Shevchenko, O. (2024). Chemical military-technogenic load on the soils of military training grounds. Plant and Soil Science, 15(2), 67-79. doi: 10.31548/plant2.2024.67.
  42. Tchorz-Trzeciakiewicz, D.E., Kozłowska, B., & Walencik-Łata, A. (2023). Seasonal variations of terrestrial gamma dose, natural radionuclides and human health. Chemosphere, 310, article number 136908. doi: 10.1016/j. chemosphere.2022.136908.
  43. United Nations. (2015). Atomic power – saving lives. Retrieved from https://www.un.org/en/chronicle/article/ atomic-power-saving-lives.
  44. World Health Organization. (n.d.). Environmental radiation exposure. Retrieved from https://www.who.int/ teams/environment-climate-change-and-health/radiation-and-health/environmental-exposure/.
  45. Yankauskas, A., Larionova, N., Shatrov, A., & Toporova, A. (2024). The effect of radionuclide and chemical contamination on morphological and anatomical parameters of plants. Plants, 13(20), article number 2860. doi: 10.3390/plants13202860.
  46. Zhao, X., Qiao, J., & Hou, X. (2020). Plutonium isotopes in Northern Xinjiang, China: Level, distribution, sources and their contributions. Environmental Pollution, 265, article number 114929. doi: 10.1016/j.envpol.2020.114929.
Serikova, A., Dyussembayev, S., Suleimenov, Sh., Serikov, Zh., & Abdykarimova, Sh. (2025). Radioecological state of the environment in the area of the former Semipalatinsk Nuclear Test Site. Scientific Horizons, 28(7), 120-135. https://doi.org/10.48077/scihor7.2025.120