ANRI ANRI АНРИ (Аппаратура и Новости Радиационных Измерений) 2075-1338 37993 10.37414/2075-1338-2020-100-1-3-15 Научные статьи Scientific article Научные статьи On the Genesis of Radon Anomalies in the Tectonic Fault Zones О генезисе радоновых аномалий в зонах тектонических разломов Микляев Петр Сергеевич Miklyaev Peter Sergeevich peterm7@inbox.ru

доктор геолого-минералогических наук;

doctor of geological and mineralogical sciences;

 Петрова Татьяна Б. Petrova Tat'yana B. alpinzayac@mail.ru

кандидат технических наук;

candidate of technical sciences;

 Маренный А. М. Marennyy A. M. Щитов Дмитрий В. Shchitov Dmitry V.

кандидат технических наук;

candidate of technical sciences;

 Сидякин Павел А. Sidyakin Pavel A.

кандидат технических наук;

candidate of technical sciences;

 Мурзабеков М. А. Murzabekov M. A. Институт геоэкологии им. Е.М. Сергеева РАН Москва Россия Sergeev Institute of Environmental Geoscience Russian Academy of Sciences (IEG RAS) Moscow Russian Federation Московский государственный университет имени М.В.Ломоносова Lomonosov Moscow State University ФГУП НТЦ РХБГ ФМБА России Россия Federal State Unitary Enterprise Research and Technical Center of Radiation-Chemical Safety and Hygiene Russian Federation Северо-Кавказский федеральный университет North Caucasian Federal University 1 3 15 https://doza.editorum.ru/en/nauka/article/37993/view

В результате почти трехлетнего цикла наблюдений, проводимых в зоне разлома в районе магматического массива Бештау (Кавказские Минеральные Воды), зарегистрированы аномальные высокоамплитудные сезонные колебания плотности потока радона, характеризующиеся максимумами летом и минимумами зимой. Летние значения плотности потока радона достигали 23800 мБк/(м2с), что в 50 раз превышает фоновые значения, характерные для данной местности. Зимой поток радона снижался до 40 мБк/(м2с), что почти в 10 раз ниже фона. Плотность потока радона в аномальной зоне проявляет тесную прямую корреляцию с температурой атмосферного воздуха. Резкий рост уровней радона весной и падение осенью приурочены к моментам, когда температура атмосферного воздуха становится, соответственно, выше и ниже температуры горного массива. Полученные данные позволяют предположить, что формирование сезонных радоновых аномалий в зонах разломов обусловлено циркуляцией атмосферного воздуха в проницаемых зонах горного массива, возникающей за счет перепада температур между горным массивом и атмосферой.

As a result of almost three-year observations conducted in the fault zone in the Beshtau magmatic massif area (Caucasian Mineral Waters), anomalous seasonal fluctuations in radon exhalation rate were registered. Seasonal fluctuations are characterized by highs in summer and lows in winter. Summer values reached 23800 mBq/(m2s), while in winter the radon exhalation rate decreased to 40 mBq/(m2s). Radon exhalation rate in the fault zone shows a clear direct correlation with air temperature. The rise of radon levels in spring and fall in autumn are timed to the moments when the temperature of the atmospheric air becomes, respectively, above and below the temperature of the rock massif. It is established that seasonal fluctuations of radon levels are caused by changes in the direction of convective radon transport in the fractured zones. The obtained data suggest that the formation of seasonal radon anomalies in the fault zones is due to the circulation of atmospheric air in permeable zones of the rock massif, which occurs due to the temperature difference between the massif and the atmosphere.

 радон плотность потока радона тектонический разлом сезонные вариации радона конвективный перенос radon radon exhalation rate tectonic fault radon seasonal variations convective transport

G. Cinelli, T. Tollefsen, P. Bossew, V. Gruber, K. Bogucarskis, L. de Felice, M. de Cort. «Digital version of the European Atlas of natural radiation», J. Environ. Radioactiv, no. 196, pp. 240-252, 2019. G. Cinelli, T. Tollefsen, P. Bossew, V. Gruber, K. Bogucarskis, L. de Felice, M. de Cort. «Digital version of the European Atlas of natural radiation», J. Environ. Radioactiv, no. 196, pp. 240-252, 2019. H. Friedmann, A. Baumgartner, M. Bernreiter, J. Graser, V. Gruber, F. Kabrt, H. Kaineder, F.J. Maringer, W. Ringer, C. Seidel, G. Wurm, «Indoor radon, geogenic radon surrogates and geology - Investigations on their correlation», J. Environ. Radioactiv, no. 166(2), pp. 382-389, 2017. H. Friedmann, A. Baumgartner, M. Bernreiter, J. Graser, V. Gruber, F. Kabrt, H. Kaineder, F.J. Maringer, W. Ringer, C. Seidel, G. Wurm, «Indoor radon, geogenic radon surrogates and geology - Investigations on their correlation», J. Environ. Radioactiv, no. 166(2), pp. 382-389, 2017. F. Giustini, G. Ciotoli, A. Rinaldini, L. Ruggiero, M. Voltaggio, «Mapping the geogenic radon potential and radon risk by using Empirical Bayesian Kriging regression: A case study from a volcanic area of central Italy», Sci. Total Environ, no. 661, pp. 449-464, 2019. F. Giustini, G. Ciotoli, A. Rinaldini, L. Ruggiero, M. Voltaggio, «Mapping the geogenic radon potential and radon risk by using Empirical Bayesian Kriging regression: A case study from a volcanic area of central Italy», Sci. Total Environ, no. 661, pp. 449-464, 2019. V. Gruber, P.Bossew, M. de Cort, T. Tollefsen, «The European map of the geogenic radon potential», J. Radiol. Prot., no. 33, pp. 51-60, 2013. V. Gruber, P.Bossew, M. de Cort, T. Tollefsen, «The European map of the geogenic radon potential», J. Radiol. Prot., no. 33, pp. 51-60, 2013. Адушкин В.В., Спивак А.А. Физические поля в приповерхностной геофизике. М.: ГЕОС, 2014. 360 с. Adushkin V.V., Spivak A.A. Fizicheskie polya v pripoverhnostnoy geofizike. M.: GEOS, 2014. 360 s. Семинский К.Ж., Бобров А.А. Первые результаты исследований временных вариаций эманационной активности разломов западного Прибайкалья//Геодинамика и тектонофизика. 2013. N 4(1). С. 1-12. Seminskiy K.Zh., Bobrov A.A. Pervye rezul'taty issledovaniy vremennyh variaciy emanacionnoy aktivnosti razlomov zapadnogo Pribaykal'ya//Geodinamika i tektonofizika. 2013. N 4(1). S. 1-12. Семинский К.Ж., Бобров А.А., Дэмбэрэл С. Вариации объемной активности радона в разломных зонах земной коры: пространственные особенности//Физика Земли. 2014. N 6. C. 80-85. Seminskiy K.Zh., Bobrov A.A., Demberel S. Variacii ob'emnoy aktivnosti radona v razlomnyh zonah zemnoy kory: prostranstvennye osobennosti//Fizika Zemli. 2014. N 6. C. 80-85. Рудаков В.П. Эманационный мониторинг геосред и процессов. М.: Научный мир. 2009. 176 с. Rudakov V.P. Emanacionnyy monitoring geosred i processov. M.: Nauchnyy mir. 2009. 176 s. L.C. Baubron, A. Rigo, J.P. Toutain, «Soil gas profiles as a tool to characterise active tectonic areas: the Jaut Pass example (Pyrenees, France)», Earth Planet Sci. Lett. no. 196, pp. 69-81, 2002. L.C. Baubron, A. Rigo, J.P. Toutain, «Soil gas profiles as a tool to characterise active tectonic areas: the Jaut Pass example (Pyrenees, France)», Earth Planet Sci. Lett. no. 196, pp. 69-81, 2002. G. Ciotoli, S. Bigi, G.P. Cavinato, Radon distribution as shallow evidence of buried fault geometry in the Fucino plain (Central Italy). 6th International INQUA Meeting on Paleoseismology, Active Tectonics and Archaeoseismology, 19-24 April 2015, Pescina, Fucino Basin, Italy. no. 6, pp. 79-82, 2015. G. Ciotoli, S. Bigi, G.P. Cavinato, Radon distribution as shallow evidence of buried fault geometry in the Fucino plain (Central Italy). 6th International INQUA Meeting on Paleoseismology, Active Tectonics and Archaeoseismology, 19-24 April 2015, Pescina, Fucino Basin, Italy. no. 6, pp. 79-82, 2015. J.-P. Drolet, R. Martel, «Distance to fault as a proxy for radon gas concentration in dwellings». J. Environ. Radioactiv, no. 152, pp. 8-15, 2016. J.-P. Drolet, R. Martel, «Distance to fault as a proxy for radon gas concentration in dwellings». J. Environ. Radioactiv, no. 152, pp. 8-15, 2016. P. Hernández, N. Perez, J. Salazar, M. Reimer, K. Notsu, H. Wakita, «Radon and helium in soil gases at Cañaadas caldera, Tenerife, Canary Islands, Spain», J. Volcanol. Geoth. Res. no. 131, pp. 59-76. 2004. P. Hernández, N. Perez, J. Salazar, M. Reimer, K. Notsu, H. Wakita, «Radon and helium in soil gases at Cañaadas caldera, Tenerife, Canary Islands, Spain», J. Volcanol. Geoth. Res. no. 131, pp. 59-76. 2004. S. Inan, A. Kop, H. Cetin, F. Kulak, Z. Pabuccu, C. Seyis, S. Ergintav, O. Tan, R. Saatcilar, M. Nuri Bodur, «Seasonal variations in soil radon emanation: long-term continuous monitoring in light of seismicity», Nat Hazards, no. 62, pp. 575-591, 2012. S. Inan, A. Kop, H. Cetin, F. Kulak, Z. Pabuccu, C. Seyis, S. Ergintav, O. Tan, R. Saatcilar, M. Nuri Bodur, «Seasonal variations in soil radon emanation: long-term continuous monitoring in light of seismicity», Nat Hazards, no. 62, pp. 575-591, 2012. C.Y. King, «Radon emanation on San Andreas fault», Nature, no. 271, pp. 516-519, 1978. C.Y. King, «Radon emanation on San Andreas fault», Nature, no. 271, pp. 516-519, 1978. C.Y. King, B.S. King, W.C. Evans, «Spatial radon anomalies on active faults in California». Appl. Geochem., no. 11, pp. 497-510, 1996. C.Y. King, B.S. King, W.C. Evans, «Spatial radon anomalies on active faults in California». Appl. Geochem., no. 11, pp. 497-510, 1996. V. Moreno, J. Bach, M. Zarroca, Ll. Font, C. Roque, R. Linares, «Characterization of radon levels in soil and groundwater in the North Maladeta Fault area (Central Pyrenees) and their effects on indoor radon concentration in a thermal spa», J. Environ. Radioactiv., no. 189, pp. 1-13, 2018. V. Moreno, J. Bach, M. Zarroca, Ll. Font, C. Roque, R. Linares, «Characterization of radon levels in soil and groundwater in the North Maladeta Fault area (Central Pyrenees) and their effects on indoor radon concentration in a thermal spa», J. Environ. Radioactiv., no. 189, pp. 1-13, 2018. C. Papastefanou, «Variation of radon flux along active fault zones in association with earthquake occurrence», Radiat. Meas., no. 45, pp. 943-951, 2010. C. Papastefanou, «Variation of radon flux along active fault zones in association with earthquake occurrence», Radiat. Meas., no. 45, pp. 943-951, 2010. V. Walia, S.J. Lin, C.C. Fu, T.F. Yang, W.L. Hong, K.L. Wena, C.H. Chen, «Soil-gas monitoring: A tool for fault delineation studies along Hsinhua Fault (Taiwan), Southern Taiwan», Appl. Geochem., no. 25, pp. 602-607, 2010. V. Walia, S.J. Lin, C.C. Fu, T.F. Yang, W.L. Hong, K.L. Wena, C.H. Chen, «Soil-gas monitoring: A tool for fault delineation studies along Hsinhua Fault (Taiwan), Southern Taiwan», Appl. Geochem., no. 25, pp. 602-607, 2010. V.I. Utkin, A.K. Yurkov, «Radon as a tracer of tectonic movements», Russ. Geol. Geophys., no. 51, pp. 220-227, 2010. V.I. Utkin, A.K. Yurkov, «Radon as a tracer of tectonic movements», Russ. Geol. Geophys., no. 51, pp. 220-227, 2010. Новиков Г.Ф. Радиометрическая разведка. Л.: Недра, 1989. 407 с. Novikov G.F. Radiometricheskaya razvedka. L.: Nedra, 1989. 407 s. Паровик Р.И., Швецов Б.М., Фирстов П.П. Модель переноса радона в режиме супердиффузии во фрактальной среде. Доклады Адыгейской (Черкесской) Международной академии наук. 2008. Т. 10. N 2. C. 79-85. Parovik R.I., Shvecov B.M., Firstov P.P. Model' perenosa radona v rezhime superdiffuzii vo fraktal'noy srede. Doklady Adygeyskoy (Cherkesskoy) Mezhdunarodnoy akademii nauk. 2008. T. 10. N 2. C. 79-85. Шулейкин В.Н., Резниченко А.П., Пущина Л.В. О связях метана и водорода почвенного воздуха. Дегазация Земли: геофизика, геофлюиды, нефть, газ и их парагенезисы. Материалы Всерос. конф. М.: ГЕОC, 2008. C. 544-547. Shuleykin V.N., Reznichenko A.P., Puschina L.V. O svyazyah metana i vodoroda pochvennogo vozduha. Degazaciya Zemli: geofizika, geoflyuidy, neft', gaz i ih paragenezisy. Materialy Vseros. konf. M.: GEOC, 2008. C. 544-547. Маренный А.М., Цапалов А.А., Микляев П.С., Петрова Т.Б. Закономерности формирования радонового поля в геологической среде. М.: Издательство «Перо», 2016. 394 с. Marennyy A.M., Capalov A.A., Miklyaev P.S., Petrova T.B. Zakonomernosti formirovaniya radonovogo polya v geologicheskoy srede. M.: Izdatel'stvo «Pero», 2016. 394 s. Микляев П.С., Цапалов А.А., Маренный А.М., Лопатин М.Н., Мясников А.А., Фарафутдинов В.Т., Петрова Т.Б. Комплексные мониторинговые исследования формирования радоновых полей грунтовых массивов. Ч.7. Результаты мониторинга радонового поля в зоне активного тектонического разлома в Байкальской рифтовой зоне//АНРИ. 2016. N 3(86). С. 19-34. Miklyaev P.S., Capalov A.A., Marennyy A.M., Lopatin M.N., Myasnikov A.A., Farafutdinov V.T., Petrova T.B. Kompleksnye monitoringovye issledovaniya formirovaniya radonovyh poley gruntovyh massivov. Ch.7. Rezul'taty monitoringa radonovogo polya v zone aktivnogo tektonicheskogo razloma v Baykal'skoy riftovoy zone//ANRI. 2016. N 3(86). S. 19-34. Ll. Font, C. Baixeras, V. Moreno, J. Bach, «Soil radon levels across the Amer fault», Radiat. Meas., no. 43, pp. 319-323, 2008. Ll. Font, C. Baixeras, V. Moreno, J. Bach, «Soil radon levels across the Amer fault», Radiat. Meas., no. 43, pp. 319-323, 2008. V. Moreno, J. Bach, Ll. Font, C. Baixeras, M. Zarroca, R. Linares, C. Roque, «Soil radon dynamics in the Amer fault zone: An example of very high seasonal variations». J. Environ. Radioactiv., no. 151, pp. 293-303, 2016. V. Moreno, J. Bach, Ll. Font, C. Baixeras, M. Zarroca, R. Linares, C. Roque, «Soil radon dynamics in the Amer fault zone: An example of very high seasonal variations». J. Environ. Radioactiv., no. 151, pp. 293-303, 2016. F. Perrier, P. Richon, J.-C. Sabroux, «Temporal variations of radon concentration in the saturated soil of Alpine grassland: The role of groundwater flow». Sci. Total Environ., no. 407, pp. 2361-2371, 2009. F. Perrier, P. Richon, J.-C. Sabroux, «Temporal variations of radon concentration in the saturated soil of Alpine grassland: The role of groundwater flow». Sci. Total Environ., no. 407, pp. 2361-2371, 2009. B. Zmazek, M. Zivcic, Vaupotic, M. Bidovec, M. Poljak, I. Kobal, «Soil radon monitoring in the Krsko Basin, Slovenia», Appl. Radiat. Isot., no. 56, pp. 649-657, 2002. B. Zmazek, M. Zivcic, Vaupotic, M. Bidovec, M. Poljak, I. Kobal, «Soil radon monitoring in the Krsko Basin, Slovenia», Appl. Radiat. Isot., no. 56, pp. 649-657, 2002. V.L. Lezhnin, M.V. Zhukovsky, E.V. Polzik, V.S. Kazantsev, O.A. Pakholkina, «A Multifactorial assessment of carcinogenic risks of radon for the population residing in a Russian radon hazard zone». Arch. Oncology, no. 19(1-2), pp. 3-8, 2011. V.L. Lezhnin, M.V. Zhukovsky, E.V. Polzik, V.S. Kazantsev, O.A. Pakholkina, «A Multifactorial assessment of carcinogenic risks of radon for the population residing in a Russian radon hazard zone». Arch. Oncology, no. 19(1-2), pp. 3-8, 2011. Микляев П.С., Петрова Т.Б., Маренный А.М., Нефедов Н.А., Остапчук Т.В., Щитов Д.В., Сидякин П.А., Мурзабеков М.А. Уровни эксхаляции радона на западном склоне горы Бештау, Кавказские Минеральные Воды//Геоэкология. 2018. N 5. С. 20-30. Miklyaev P.S., Petrova T.B., Marennyy A.M., Nefedov N.A., Ostapchuk T.V., Schitov D.V., Sidyakin P.A., Murzabekov M.A. Urovni ekshalyacii radona na zapadnom sklone gory Beshtau, Kavkazskie Mineral'nye Vody//Geoekologiya. 2018. N 5. S. 20-30. Маренный А.М., Микляев П.С., Пенезев А.В., Цапалов А.А., Климшин А.В., Лопатин М.Н., Маренный М.А., Петрова Т.Б., Шкуропат Д.И., Щелкунов А.В., Янкин А.С. Комплексные мониторинговые исследования формирования радоновых полей грунтовых массивов. Часть 4 - результаты мониторинга радона внутри грунтовых массивов//АНРИ. 2015. N 3(82). С. 52-63. Marennyy A.M., Miklyaev P.S., Penezev A.V., Capalov A.A., Klimshin A.V., Lopatin M.N., Marennyy M.A., Petrova T.B., Shkuropat D.I., Schelkunov A.V., Yankin A.S. Kompleksnye monitoringovye issledovaniya formirovaniya radonovyh poley gruntovyh massivov. Chast' 4 - rezul'taty monitoringa radona vnutri gruntovyh massivov//ANRI. 2015. N 3(82). S. 52-63. A. Tsapalov, K. Kovler, P. Miklyaev, «Open charcoal chamber method for mass measurements of radon exhalation rate from soil surface». J. Environ. Radioactiv. pp. 160, C. 28-35, 2016. A. Tsapalov, K. Kovler, P. Miklyaev, «Open charcoal chamber method for mass measurements of radon exhalation rate from soil surface». J. Environ. Radioactiv. pp. 160, C. 28-35, 2016. V.S. Yakovleva, «A theoretical method for estimating the characteristics of radon transport in homogeneous soil». Ann. Geophys., no. 48(1), pp. 195-198, 2005. V.S. Yakovleva, «A theoretical method for estimating the characteristics of radon transport in homogeneous soil». Ann. Geophys., no. 48(1), pp. 195-198, 2005. UNSCEAR. United Nations Scientific Committee on the Effects of Atomic Radiation Sources and effects of ionizing radiation. In: Sources, vol. I. United Nations Publications, New York. 2000. UNSCEAR. United Nations Scientific Committee on the Effects of Atomic Radiation Sources and effects of ionizing radiation. In: Sources, vol. I. United Nations Publications, New York. 2000. Голод В.М., Голод М.П. Микроклимат гипсовых пещер Пинежья. В кн.: Пещеры Пинего-Северодвинской карстовой области. Л.: Наука, 1974. С. 128-155. Golod V.M., Golod M.P. Mikroklimat gipsovyh pescher Pinezh'ya. V kn.: Peschery Pinego-Severodvinskoy karstovoy oblasti. L.: Nauka, 1974. S. 128-155. Дегтярев А.П. Температурно-динамические типы пещерных входов//Вопросы географии. 2018. N 147. С. 299-310. Degtyarev A.P. Temperaturno-dinamicheskie tipy peschernyh vhodov//Voprosy geografii. 2018. N 147. S. 299-310. Лукин В.С. Температурные аномалии в пещерах Предуралья и критический анализ теорий подземного холода//Пещеры. 1965. N 5(6). С. 164-172. Lukin V.S. Temperaturnye anomalii v pescherah Predural'ya i kriticheskiy analiz teoriy podzemnogo holoda//Peschery. 1965. N 5(6). S. 164-172. V. Moreno, J. Bach, C. Baixeras, Ll. Font, «Characterization of blowholes as radon and thoron sources in the volcanic region of La Garrotxa». Spain. Radiat. Meas., no. 44, pp. 929-933. 2009. V. Moreno, J. Bach, C. Baixeras, Ll. Font, «Characterization of blowholes as radon and thoron sources in the volcanic region of La Garrotxa». Spain. Radiat. Meas., no. 44, pp. 929-933. 2009. A.V. Sundal, V. Valen, O. Soldal, T. Strand, «The influence of meteorological parameters on soil radon levels in permeable glacial sediments». Sci. Total Environ. no. 389, pp. 418-428, 2008. A.V. Sundal, V. Valen, O. Soldal, T. Strand, «The influence of meteorological parameters on soil radon levels in permeable glacial sediments». Sci. Total Environ. no. 389, pp. 418-428, 2008. P. Schmidt, «Proof of the Radiological Remediation Success at Former Uranium Mining and Milling Sites (WISMUT sites) in Germany». 4th Europ. IRPA Congr., June 23-27, Geneve, Switzerland. 2014. P. Schmidt, «Proof of the Radiological Remediation Success at Former Uranium Mining and Milling Sites (WISMUT sites) in Germany». 4th Europ. IRPA Congr., June 23-27, Geneve, Switzerland. 2014. Микляев П.С., Петрова Т.Б., Маренный М.А., Маренный А.М., Дорожко А.Л., Макеев В.М. Карта плотности потока радона на территории Москвы//АНРИ. 2012. N 3(70). С. 15-24. Miklyaev P.S., Petrova T.B., Marennyy M.A., Marennyy A.M., Dorozhko A.L., Makeev V.M. Karta plotnosti potoka radona na territorii Moskvy//ANRI. 2012. N 3(70). S. 15-24. Микляев П.С., Петрова Т.Б., Макеев В.М., Климшин А.В. Аномалии плотности потока радона на территории Москвы//Геоэкология. 2017. N 5. С. 39-47. Miklyaev P.S., Petrova T.B., Makeev V.M., Klimshin A.V. Anomalii plotnosti potoka radona na territorii Moskvy//Geoekologiya. 2017. N 5. S. 39-47.