Экология почв военных полигонов - Дмитрий Александрович Пантелеев

вод. Существующая информация о фильтрации взрывчатых веществ в почвах полигонов противоречива. Так, в пределах одного полигона установлено равномерное, скачкообразное, уменьшающееся и растущее распределения концентраций одних и тех же загрязнителей на глубине почв до 3 м [199].

Концентрации гексогена на испытательном полигоне в Абердине (США) минимальны на глубине от 1,2 до 1,8 м, самые высокие его концентрации обнаружены на глубине 2,4–3 м. Были сопоставимы по всей глубине почвы концентрации продуктов распада тротила, гексогена, октогена – гексагидро-1,3-динитрозо-нитро-1,3,5-триазина (DNX) и гексагидро-1,3,5-тринитрозо-1,3,5-триазин (TNX). Октоген также равномерно распределен по всей высоте исследуемых профилей. Тротил обнаружен только один раз на глубине 180–240 см [199].

В приповерхностных пробах почвы установлены высокие концентрации соединений, образующихся при растворении тротила (2-аминодинитротолуол и 4-аминодинитротолуол). Соотношения концентраций тринитротолуола к продуктам его распада обычно выше в поверхностном слое почвы, чем на глубине 10 см [167]. Это объясняется благоприятными условиями для биотрансформации взрывчатых веществ в более влажных глубоких слоях почвы.

Октоген и гексоген фильтруются в более глубокие слои горизонта, чем тротил, так как они хуже адсорбируются частицами почвы и характеризуются более низким коэффициентом разделения почва/вода. Установлено опасное содержание октогена и гексогена в подземных водах ниже нескольких тренировочных полигонов, тротил в этих водах обнаружен не был.

Нитрогуанидин также в большем количестве содержится на поверхности почв. На глубине 20–27 см его концентрация снижается на ~15 %, а на глубине 40–60 см остается всего ~1 % масс. от содержания в поверхностном слое почвы.

2.1.7 Изменение структуры почвы под воздействием взрывов

Детонация влияет на структуру почвы, а, следовательно, на процессы распространения и трансформации в ней энергетических веществ. Эта тема мало исследована, однако к настоящему времени накопились интересные результаты, заслуживающие внимание специалистов. В работе [137] изучено поведение нитроароматических и нитроаминовых соединений на поверхности нарушенных и не подвергшихся детонации почв. В качестве взрывчатого вещества применяли состав, содержащий тротил, гексоген и октоген. Было установлено, что концентрации взрывчатых веществ в пробах взорванного грунта проявляют физическую десорбцию первого порядка в течение ~10 дней, а затем наступает состояние кажущегося равновесия, которое длится 40 дней. Взорванные грунты показали меньшую интенсивность газоотдачи, чем их нетронутые аналоги. Авторы предполагают, что это связано с нанесением остатков взрывчатого вещества на детонированные поверхности почвы, ударным уплотнением, спеканием и/или частичным слиянием частиц почвы под воздействием интенсивного тепла, выделяющегося при детонации.

В другой работе [138] авторы обратили внимание на то, что минералогический и геохимический состав почвы во время взрывов не изменяется, а вот морфологические различия очевидны. В почвах после взрыва появляются частицы с угловатыми поверхностями, а также мелкозернистые частицы и микротрещины, которые отсутствуют в исходных образцах (до взрыва). Тротил, 2,4-динитротолуол, гексоген и октоген медленнее выветриваются из нарушенных почв, так как их частицы характеризуются большей удельной поверхностью адсорбции.

Для оценки прямого воздействия детонации на внутреннюю структуру почвы и ее влияние на скорость трансформации взрывчатых веществ в полевых условиях моделировали взрывы над поверхностью почвы (0,5 м) и при введении заряда в почву. Взрывчатые вещества из образцов почв экстрагировали, определяли концентрации оставшихся веществ и продуктов их деструкции. Для оценки морфологических изменений в почвах применяли метод сканирующей электронной микроскопии. Анализ фракций частиц почв до и после взрыва выявил тенденцию к уменьшению среднего размера гранул после взрывов. Этот эффект более выражен, когда заряд детонирован при контакте с почвой, а не над ней. После взрыва на каждой частице грунта были видны сколы и трещины. Проведенный анализ с помощью микрокомпьютерной томографии позволил выяснить влияние взрывов на внутреннюю структуру агрегатов почвы [221]. Расчеты показали, что процесс детонации привел к увеличению общей пористости агрегатов во всех исследуемых типах почв.

Параллельно с этими исследованиями анализировали трансформацию тротила в почвах. Снижение концентрации тротила во взорванных грунтах происходит гораздо быстрее, чем в ненарушенных. Скорость процесса значительно зависит от природы исследуемых почв. В урбанизированном грунте присутствует много пор, а в песках их почти нет. Поэтому поры в урбаноземе действуют как «сток» для тротила: по ним он мигрирует в поры грунта и, таким образом, становится менее доступным для микробной деградации, что приводит к более длительному периоду полураспада тротила. Эта гипотеза подтверждается выводами в работе [96], которые были сделаны при изучении биодеградации гексадекана в почвах. Авторы установили, что гексадекан подвергается первоначальному связыванию с минеральными веществами почвы с последующим перемещением гексадекана глубже в структуру почвенных агрегатов. Если размеры пор при этом слишком малы для доступа бактерий, то гексадекан защищен от биоразложения. Для почв, агрегаты которых имеют высокую долю мелких пор (<4 мкм), биологическая доступность любых содержащихся соединений для бактерий ограничена, поэтому наблюдается низкая степень деградации загрязнителей. И, наоборот, для почв, агрегаты которых имеют более крупные поры, ожидается более высокая степень биодоступности.

Свежие минеральные поверхности более геохимически активны, чем выветренные. Тротил образует донорно-акцепторные комплексы с силоксановыми группами минералов в почвах, поэтому на свежеоткрытых почвенных поверхностях скорость адсорбции и превращения тротила выше, чем на выветренных [136].

Установлено также, что в более прохладном климате или в местах с ограниченным количеством прямых солнечных лучей трансформация тротила происходит намного медленнее. В образцах естественной почвы наблюдается интересный эффект в отношении скорости образования основного продукта микробной деградации тротила – 4-АДНТ. При значительном повышении концентрации тротила в образцах ненарушенной почвы ожидали, что повысится скорость выход конечного продукта. Однако только на 7-й день началась трансформация тротила с выделением 4-АДНТ. То есть при сильном загрязнении почв тротилом его трансформирующие бактерии в первые дни ингибируются, им надо около недели, чтобы приспособиться к новым условиям и начать преобразовывать тротил.

2.2 Трансформация боевых отравляющих веществ в почвах

Страны-участники НАТО имеют в арсеналах химическое оружие. Этот вид оружия декларативно запрещен к использованию, однако его наличие и ведущиеся разработки в семидесяти странах мира свидетельствуют об обратном [70]. Бинарная технология производства боевых отравляющих веществ представляет реальную угрозу скрытого накопления химического оружия и прикрывает создание новых типов отравляющих веществ, по отношению к которым неэффективны существующие средства индикации, дегазации, защиты личного состава и антидотной терапии.

Боевые отравляющие вещества классифицируются по механизму токсичного действия на человека: блистерные, нервнопаралитические, удушающие агенты, асфиксанты и инвалидизирующие/изменяющие поведение агенты. Токсикологические механизмы известных на сегодняшний день отравляющих веществ рассмотрены в работе [240]. В справочниках приводятся их ПДК и смертельные концентрации в воздухе, смертельные дозы при проникновении веществ через желудок, слизистые или кожу [28].

Общим для всех боевых отравляющих веществ является их высокая токсичность, способность перемещаться атмосферным воздухом на огромные расстояния. Очень мало изучено поведение боевых отравляющих веществ в депонирующих средах,