Біологічні системи: теорія та інновації

Скринінг вмісту природних (238U і 232Th-рядів, 40K) і техногенного (137Cs) радіонуклідів, а також важких металів у донних відкладах річок Закарпаття

Христина Черевко, Сергій Сухарев, Наталія Сватюк
Завантажити статтю
Анотація

Донні відклади є важливим індикатором стану річок, оскільки здатні акумулювати природні та техногенні речовини, відображаючи фонові геохімічні особливості і антропогенне навантаження. Метою дослідження був аналіз вмісту природних і техногенного радіонуклідів та важких металів у річках Закарпаття для виявлення закономірностей їхнього розподілу та подальшої оцінки біоакумуляції у системі «донні відклади – іхтіофауна». Для досягнення мети було застосовано γ-спектрометричний аналіз на комплексі «ORTEC» та рентгенофлуорисцентне визначення металів за допомогою аналізатора «Elvax Pro». Зразки було відібрано у 2023-2024 рр. з восьми пунктів у межах річок Уж, Латориця, Боржава та Тиса. Результати показали просторову варіабельність, зумовлену поєднанням геологічних, морфологічних та антропогенних чинників. Сумарна активність природних радіонуклідів (U-і Th- рядів) виявлена в межах 340-534 Бк/кг, а максимальні значення були виявлені в межах пунктів Ужгород, Вилок, Чоп. Найвищу активність природного радіонукліду К-40 (522-533 Бк/кг) було зафіксовано в районах із присутністю калієвих мінералів та аграрним навантаженням - Підполоззя, Кольчино та Чоп. Cs-137 мав низьку активність (2,9-7,0 Бк/кг), з локальним підвищенням у дрібнозернистому намулі. Геохімічний індекс Th/U (0,63-1) показав мінералогічну різноманітність седиментів. Аналіз вмісту важких металів виявив просторові відмінності: концентрації Zn в межах 1,4-89,9 мг/кг, Pb - 4,4-8,9 мг/кг, Cu - 3,9-9,7 мг/кг, Ni - в межах 5,1-8,3 мг/кг, а Cr - від 6,3 до 13,0 мг/кг. Найвищі значення елементів виявлені в межах урбанізованих територій (Ужгород, Чоп), а найнижчі – у гірських районах із мінімальним антропогенним впливом. Концентрації важких металів не перевищували екологічні нормативи, проте локальні максимуми показали потенційне забруднення. Практичне значення цього дослідження полягає у використанні його результатів для екологічного моніторингу, прогнозування міграції елементів та оцінки їхньої біоакумуляції у водних трофічних ланцюгах

Ключові слова

геохімічний моніторинг; фонове радіаційне випромінювання; річкові седименти; токсичні елементи; річкові екосистеми

ЦИТУВАТИ
Cherevko, K., Sukharev, S., & Svatiuk, N. (2025). Screening of natural (238U and 232Th-series, 40K) and technogenic (137Cs) radionuclides along with heavy metals in bottom sediments of rivers in Transcarpathia. Biological Systems: Theory and Innovation, 16(2), 61-74. https://doi.org/10.31548/biologiya/2.2025.61
Використані джерела
  1. Abere, T., Evrard, O., Chalaux-Clergue, T., Adgo, E., Lemma, H., Verleyen, E., & Frankl, A. (2025). Fingerprinting sediment sources using fallout radionuclides demonstrates that subsoil provides the major source of sediment in sub-humid Ethiopia. Journal of Soils and Sediments, 25, 1008-1021. doi: 10.1007/s11368-025-03964-5.
  2. Akuo-ko, E.O., Shahrokhi, A., Adelikhah, M., Amponsem, E., Samolej, K., Csordás, A., & Kovács, T. (2025). Horizontal distribution of natural radionuclides and Cs-137 in sediment along Dixcove Beach. Journal of Marine Science and Engineering, 13(3), article number 452. doi: 10.3390/jmse13030452.
  3.  Baliuk, S.A., et al. (2023). Recommendations on the use of bottom sediments from fish farming ponds to improve the condition of agricultural lands and restore lands damaged as a result of hostilities. Kharkiv: DISA LLC. doi: 10.31073/issar9786178122799.
  4.  Brázová, T., Syrota, Y., Oros, M., & Uhrovič, D. (2025). Heavy metal accumulation in freshwater fish: The role of species, age, gender, and parasites. Bulletin of Environmental Contamination and Toxicology, 114, article number 92. doi: 10.1007/s00128-025-04068-z.
  5. Cabral-Lares, M., Rentería-Villalobos, M., Mendieta-Mendoza, A., Ortíz-Caballero, Z., Montero-Cabrera, E., & Vioque, I. (2022). Partitioning and availability of metals from water suspended sediments: Potential pollution risk assessment. Water, 14(6), article number 980. doi: 10.3390/w14060980.
  6. Cao, L., Zhang, Z., Zhao, J., Li, H., Li, J., & Wei, X. (2021). Discussion on the applicability of Th/U ratio for evaluating the paleoredox conditions of lacustrine basins. International Journal of Coal Geology, 248, article number 103868. doi: 10.1016/j.coal.2021.103868.
  7. Cimbolakova, I., Uher, I., Veszelits Laktičová, K., Vargová, M., Kimáková, T., & Papajová, I. (2020). Heavy metals and the environment. In I. Uher (Ed.), Environmental Factors Affecting Human Health. London: IntechOpen. doi: 10.5772/intechopen.86876.
  8.  DSTU ISO 5667-12-2001. (2002). Water quality – Sampling – Part 12: Guidelines for sampling of bottom sediments (ISO 5667-12:1995, IDT; DSTU ISO 5667-12-2001). Retrieved from https://zakon.isu.net.ua/sites/default/files/normdocs/dstu_iso_5667_12_2001_yakist_vody._vidbyrannya_prob._chastyna.pdf.
  9.  DSTU ISO 5667-15:2007. (2011). Water quality – Sampling – Part 15: Guidelines for the storage and handling of sludge and sediment samples (ISO 5667-15:1999, IDT; DSTU ISO 5667-15:2007). Retrieved from https://zakon.isu.net.ua/sites/default/files/normdocs/ba7f12239e5a49c09d14bb96715345b1.pdf.
  10.  Federico, R., Paolo, P., Katharina, K., Axel, M., & Adele, M. (2019). Soil biological indicators and caesium-137 to estimate soil erosion in areas with different forest system management. European Journal of Forest Research, 139, 67-81. doi: 10.1007/s10342-019-01230-1.
  11.  Geomap Land. (n.d.). Retrieved from https://geomap.land.kiev.ua/soil.html.
  12.  Gönczy, S., Fodor, G., Olah, N., Nagy, T., Ésik, Z., & Szepesi, J. (2020). Geoheritage values of the Northeastern Carpathians, Transcarpathia, Ukraine. Geoconservation Research, 3(2), 32-48. doi: 10.30486/gcr.2020.1904340.1026.
  13. Google Earth. (n.d.). Retrieved from https://surl.lt/uldrmn.
  14.  Heldal, H.E., Helvik, L., Haanes, H., Volynkin, A., Jensen, H., & Lepland, A. (2021). Distribution of natural and anthropogenic radionuclides in sediments from the Vefsnfjord, Norway. Marine Pollution Bulletin, 172, article number 112822. doi: 10.1016/j.marpolbul.2021.112822.
  15. Hrechaniuk, M., Holiaka, D., Levchuk, S., Pavlenko, P., Teien, H.-C., Haugen, T., Maksin, V., & Kashparov, V. (2023). Activity concentration of radionuclide and external dose rate in bottom deposits of Brit lake in the Chоrnobyl exclusion zone. Scientific Reports of the National University of Life and Environmental Sciences of Ukraine, 19(3). doi: 10.31548/dopovidi3(103).2023.001.
  16.  Hromyk, O., Ilyin, L., Grygus, I., Korotun, S., Ilyina, O., & Zukow, W. (2020). Radiation monitoring of agricultural soils of the Volyn region in Ukraine. Roczniki Państwowego Zakładu Higieny, 71(4), 377-382. doi: 10.32394/rpzh.2020.0139.
  17.  Jamil Emon, F., Rohani, M.F., Sumaiya, N., Tuj Jannat, M.F., Akter, Y., Shahjahan, M., Abdul Kari, Z., Tahiluddin, A.B., & Goh, K.W. (2023). Bioaccumulation and bioremediation of heavy metals in fishes – a review. Toxics, 11(6), article number 510. doi: 10.3390/toxics11060510.
  18.  Juranova, E., Hanslík, E., Dulanská, S., Grísa, T., Sedlářová, B., & Marešová, D. (2020). Sorption of anthropogenic radionuclides onto river sediments and suspended solids: Dependence on sediment composition. Journal of Radioanalytical and Nuclear Chemistry, 324(3), 983-991. doi: 10.1007/s10967-020-07174-w.
  19.  Khalef, R.N., Hassan, A.I., & Saleh, H.M. (2022). Heavy metal’s environmental impact. In H.M. Saleh & A.I. Hassan (Eds.), Environmental Impact and Remediation of Heavy Metals. London: IntechOpen. doi: 10.5772/intechopen.103907.
  20.  Khomenchuk, V., Vovchek, N., Byyak, V., Rabchenyuk, О., & Kurant, V. (2022). A comprehensive approach to the assessment of heavy metals pollution in ecosystems of small rivers in the Western Podilliya. Scientific Issue Ternopil Volodymyr Hnatiuk National Pedagogical University. Series: Biology, 81(4), 42-52. doi: 10.25128/2078-2357.21.4.7.  
  21.  McIntosh, J.A., Elliott, W.C., Wampler, J.M., & Tabor, N.J. (2023). Identifying detrital and diagenetic minerals in paleosols of the Illinois Basin. Clays and Clay Minerals, 71(6), 722-744. doi: 10.1007/s42860-023-00267-z.
  22.  Mitrović, B.M., Ostojić, D., Pantelić, G., Zorko, B., Stepišnik, M., Kožar Logar, J., & Ajtić, J. (2025). Natural and artificial radionuclides in the sediment, water, and fish samples from the Sava River in Serbia, Slovenia and Croatia: Comparing past and recent findings. Soil and Sediment Contamination: An International Journal, 1-19. doi: 10.1080/15320383.2025.2508729.
  23.  Mouri, G. (2020). Reproduction of sediment deposition and prediction of 137Cs concentration in the major urban rivers of Tokyo. Scientific Reports, 10, article number 9523. doi: 10.1038/s41598-020-65700-y.
  24.  Muneer, J., AlObaid, A., Ullah, R., Rehman, K.U., & Erinle, K.O. (2022). Appraisal of toxic metals in water, bottom sediments and fish of fresh water lake. Journal of King Saud University – Science, 34(1), article number 101685. doi: 10.1016/j.jksus.2021.101685.
  25.  Osae, R., Nukpezah, D., Darko, D. A., & Mensah, A. (2023). Heavy metal mobility, bioavailability, and potential toxicity in sediments of the Korle lagoon in Ghana. International Journal of Environmental Studies, 80(6), 1556-1572. https://doi.org/10.1080/00207233.2022.2042971
  26.  Patel, K.S., Sharma, S., Maity, J.P., Martin-Ramos, P., Fiket, Z., Bhattacharya, P., & Zhu, Y. (2023). Occurrence of uranium, thorium and rare earth elements in the environment: A review. Frontiers in Environmental Science, 10, article number 1058053. doi: 10.3389/fenvs.2022.1058053.
  27.  Reinoso Carbonell, V.V., Collo, G., Wunderlin, C.A., Alasino, P.H., Ciccioli, P.L., Rocher, S., & Maza, S. (2022). Clay mineral assemblages as indicators of paleoenvironmental and diagenetic dynamics in the Neogene Fiambalá Basin, NW Argentina. Journal of South American Earth Sciences, 118, article number 103949. doi: 10.1016/j.jsames.2022.103949
  28.  Shahjahan, M., Taslima, K., Rahman, M. S., Al-Emran, M., Alam, S. I., & Faggio, C. (2022). Effects of heavy metals on fish physiology – A review. Chemosphere, 300, article number 134519. doi: 10.1016/j.chemosphere.2022.134519.  
  29.  Sojka, M., & Jaskuła, J. (2022). Heavy metals in river sediments: Contamination, toxicity, and source identification – a case study from Poland. International Journal of Environmental Research and Public Health, 19(17), article number 10502. doi: 10.3390/ijerph191710502.
  30.  Svatiuk, N.I., Symkanych, О.І., Pop, O.M., & Roman, V.I. (2022). Radioecological monitoring of the water-soil environment of the Tisza river basin: Educational and methodological recommendations. Uzhhorod: Institute of Electronic Physics of the National Academy of Sciences of Ukraine.
  31.  Symkanych, О.І., Коkhan, О.P., Glukh, О.S., Krch, K.L., Lytvyn, О.V., Svatiuk, N.І., & Butsyak, І.V. (2024). Monitoring of radionuclide migration in the bottom sediments of the Tysa Bila riverʼ sourse. Scientific Bulletin of the Uzhhorod University Series “Chemistry”, 50, 75-82. doi: 10.24144/2414-0260.2023.2.75-82.
  32.  Taslima, K., Al-Emran, M., Rahman, M. S., Hasan, J., Ferdous, Z., Rohani, M. F., & Shahjahan, M. (2022). Impacts of heavy metals on early development, growth and reproduction of fish – a review. Toxicology Reports, 9, 858-868. doi: 10.1016/j.toxrep.2022.04.013.
  33.  Zou, Y., et al. (2025). Mechanisms of uranium and thorium Accumulation in the Lower Ediacaran Marine Sediments from the Upper Yangtze Platform, China: Implications for helium exploration. Journal of Marine Science and Engineering, 13(3), article number 413. doi: 10.3390/jmse13030413.