Ученые из Центра развития ядерных технологий Бразилии разработали способ отслеживать движение подземных вод и выявлять места их выхода в поверхностные водоемы, используя радон и торон в качестве природных трассеров. Технология поможет быстрее находить потенциальные пути распространения загрязнений от бывших урановых рудников и других горнодобывающих предприятий.
После закрытия урановых рудников экологические проблемы не исчезают. Отвалы пустой породы продолжают взаимодействовать с дождевой водой и воздухом, из-за чего образуется кислотный шахтный дренаж. Такая кислая вода способна вымывать из пород уран, тяжелые металлы и другие загрязняющие вещества, которые затем могут попадать в поверхностные водоемы. Однако обнаружить места выхода подземных вод на поверхность крайне сложно. Традиционно для этого используют искусственные трассеры, например солевые растворы, которые закачивают в скважины и затем отслеживают их перемещение. Но такие исследования требуют много времени и не всегда дают надежные результаты в сложных геологических условиях.
Бразильские ученые предложили использовать для этого естественные радиоактивные газы – радон-222 и торон (радон-220). Пока вода движется под землей, она насыщается этими газами при контакте с горными породами. Когда подземный поток выходит в ручей, концентрация радона в воде резко возрастает. Измеряя ее вдоль русла, можно определить участки поступления подземных вод без бурения дополнительных скважин и применения искусственных трассеров.
Исследователи испытали метод на территории бывшего уранового рудника в штате Минас-Жерайс. Концентрация радона в подземных водах оказалась примерно в тысячу раз выше, чем в поверхностных. Благодаря этому удалось обнаружить два участка, через которые подземные воды поступали в ручей рядом с отвалом горной породы.
Использование сразу двух изотопов позволило сделать наблюдения более точными. Радон-222 сохраняется почти четыре дня, поэтому помогает проследить движение подземных вод на сравнительно больших расстояниях. Торон распадается всего за 56 секунд и указывает практически на само место выхода воды на поверхность. Совместное применение двух природных трассеров позволило отличить локальные источники подземных вод от более протяженных потоков.
Кроме того, ученые оценили скорость движения подземных вод с помощью метода «радонового дефицита». Он основан на сравнении содержания радона в свежей подземной воде и воде, которая некоторое время находилась в наблюдательной скважине. По сравнению с традиционными гидрогеологическими испытаниями обследование одной скважины заняло около часа вместо обычных 6-8 часов.
Исследование также показало, что проводить такой мониторинг лучше в разные сезоны. В сухой период подземные притоки хорошо выявлялись по концентрации радона, тогда как во время дождей она снижалась почти в восемь раз из-за разбавления поверхностными водами, и места выхода подземных вод становились менее заметными.
По мнению исследователей, предложенный подход можно использовать не только на бывших урановых рудниках, но и на других горнодобывающих объектах. Он помогает выявлять пути движения подземных вод и находить участки, через которые загрязняющие вещества могут попадать в поверхностные водоемы. Это позволит эффективнее организовать экологический мониторинг и рекультивацию нарушенных территорий.
