Документ Microsoft Word. 1. Физические основы радиоактивности Радиоактивность и сопутствующие ей ионизирующие излучения существовали задолго до зарождения жизни на Земле
 Скачать 330.84 Kb.
|
1 Бк/м3 в северных широтах до 600 Бк/м3 в южных аридных областях, достигая (1,5) . 105 Бк/м3 в водах озер засушливых районов, как и в артезианских водах и водах минеральных источников.2. Наземные экосистемыНаземные экосистемы тесно связаны с почвой. Исследования в системе «почва – раствор» показали, что прочность поглощения почвой искусственных и естественных радионуклидов зависит, во-первых, от природы самих химических элементов, во-вторых, от свойств почвы и состава почвенных растворов. Из всех естественных радионуклидов наиболее прочно связываются в почвах уран и торий, а из искусственных – плутоний, железо и цезий. Плутоний-239 – один из самых опасных загрязнителей природной среды, куда он поступает в результате проведения ядерных взрывов и при авариях на ядерных установках. Период его полураспада 24000 лет, преобладающий тип излучения альфа и гамма. Химические элементы существуют в почвах в растворенном и адсорбированном состояниях. В первом случае они легкодоступны для растений, а во втором – нет. Сорбционная способность почв зависит в первую очередь от их состава. Чем больше в почве органики (особенно гумуса) и илистых частиц, тем прочнее она фиксирует радионуклиды. Этими качествами обладают луговые почвы, которые хорошо связывают радиоизотопы. Большое влияние на поглощение радионуклидов почвой оказывает рH почвы и состав почвенного раствора. Так, поглощение почвой железа, церия, кобальта с повышением рH снижается. Стронций слабо фиксируется в почве. Большая часть его находится в почвенном растворе, поэтому он легко поступает в растения. Миграция радионуклидов в системе «почва – раствор» сильно зависит от степени обводненности почв. Во влажной почве подвижность стронция возрастает в десятки раз по сравнению с почвами, менее насыщенными водой. В прямой зависимости от влажности почвы находится и биомасса растений. Следовательно, с повышением увлажненности почвы увеличивается общий (валовый) вынос радионуклидов растениями. Это обстоятельство с успехом используется при дезактивации почв. Радионуклиды переводятся из почвы в растения, дающие пышную зеленую массу. После этого следует их выкос и захоронение. Повышение температуры воды, используемой для полива, несколько увеличивает миграцию радионуклидов из почвы в растения. Содержание радионуклидов в растениях зависит также от их индивидуальной способности избирательно аккумулировать в себе определенные химические элементы. В частности, некоторые представители растительных сообществ концентрируют радиоактивные вещества. К таким организмам относятся, в первую очередь, мхи и лишайники. Искусственные радионуклиды поступают в них аэральным путем. Установлено, что накопление радионуклидов этими растениями в значительной степени определяется уровнями радиоактивности глобальных атмосферных выпадений. Распределение радионуклидов в разных частях растений неодинаково. Так, большая часть искусственных радиоизотопов концентрируется в вегетативных частях растений и корнях, а меньшая – в семенах. В древесине деревьев обычно накапливается меньше радионуклидов, чем в листьях или хвое. Коэффициенты концентрации радиоизотопов у молодых деревьев выше, чем у старых, поскольку у последних обменные процессы замедленны. Решение основных экологических вопросов в случаях загрязнений местности в чрезвычайных ситуациях связано в основном с искусственными агробиогеоценозами. Радиоактивные частицы, находящиеся в нижних слоях атмосферы (в тропосфере), осаждаются на растительный и почвенный покров в течение нескольких часов, а стратосферного происхождения – в течение длительного периода – десятки лет (примерно 10% от общего количества ежегодно после выброса в стратосферу). Они выпадают в результате вымывания атмосферными осадками («мокрое выпадение») или в виде сухих частиц за счет гравитационных сил, вертикального движения воздушных масс и турбулентной диффузии («сухое» отложение). Максимальное выпадение наблюдается в весенне-летний период (около 60% годового отложения), менее интенсивное выпадение – в осенне-зимний период. Известно, что основное количество долгоживущих радионуклидов стронция и цезия попало в атмосферу до заключения в 1963 году Московского договора о запрещении испытания ядерного оружия в атмосфере, космическом пространстве и под водой. Миграция радиоактивных частиц, выпавших на поверхность земли, происходит по биологическим цепочкам, начиная от внекорневого поступления их в растительный биоценоз по определенным закономерностям. Радиоактивные вещества, попадающие на вегетирующие посевы, задерживаются на растениях, оседают на поверхности почвы. Первичное удерживание зависит от плотности растительного покрова, морфологии растений, размеров и агрегатного состояния радиоактивных веществ, метеорологических условий в момент выпадения радиоактивных осадков. По мере увеличения запаса растительной массы на единицу площади повышается степень удерживания радионуклидов. Первичное удержание водорастворимых форм РВ в 4-7 раз выше, чем нерастворимых. С увеличением размера частиц уменьшается их удерживание растениями. Различные сельскохозяйственные культуры обладают неодинаковой способностью удерживания РВ. У некоторых растений хозяйственно ценные части урожая достаточно надежно защищены от загрязнения – зерно бобовых культур, риса, ячменя, овса, початки кукурузы, клубни картофеля, корнеплоды. Неодинаковая способность растений к первоначальному удержанию РВ обуславливает большие различия в уровнях загрязнения урожая. Выпадение 90Sr и 137Cs наиболее опасно для овощных культур, причем радиоцезий включается в метаболизм растений. При выпадении РВ на луговую и пастбищную растительность значительная их часть задерживается в нижней части растений и в верхнем слое прикорневой дернины, откуда поступают в растения через основание стебля и поверхностные корни. РВ, попадающие в почву, частично вымываются и загрязняют грунтовые воды, но почва довольно прочно удерживает их и обеспечивает очень длительное их нахождение в почвенном горизонте и поступление в сельскохозяйственную продукцию за счет почвенного поглощающего комплекса. После накопления радиоактивных веществ растениями начинает работать следующее звено перемещения радионуклидов, а именно миграция их в организм животных и человека. Дикие и домашние животные, потребляя загрязненную растительную пищу, накапливают радионуклиды, которые тут же начинают разрушать их организм изнутри. Не все дикие животные одинаково накапливают радиоактивные цезий и стронций. Меньше всего их концентрируют животные, питающиеся листьями кустарников. К таковым относится, например, лось. В мясе этого животного в 10-12 раз меньше радиоцезия, чем в мясе кабана, промышляющего в лесной подстилке. Очень важно уметь грамотно наладить сельскохозяйственное производство на загрязненных радионуклидами землях. Так, поступление в растения стронция и цезия значительно снижается при внесении в почву, соответственно, кальциевых и калиевых удобрений, а фосфорные удобрения способствуют осаждению радионуклидов в труднорастворимых фосфатах, что препятствует их миграции в растения. Можно «прятать» радионуклиды посредством глубокой вспашки, однако в этом случае значительно страдает плодородие почв. Готовую сельскохозяйственную продукцию, выращенную на загрязненных радионуклидами территориях, лучше всего использовать для выработки вторичных продуктов (получение крахмала из картофеля, масла из семян подсолнечника и кукурузы и т.д.). В этом случае значительная часть радионуклидов остается в отходах производства. Лесная зона Лес – одна из наиболее чувствительных к ионизирующей радиации природных экосистем. Его поражение наблюдается при меньших поглощённых дозах облучения, чем у естественных и культурных биогеоценозов др. типов. Наибольшую опасность представляют биогенно подвижные радионуклиды 90Sr, 129I, 137Cs и др. Небольшие дозы ионизирующих излучений оказывают стимулирующее действие на растения (облучение семян древесных растений применяют для ускорения их роста и развития), более высокие – мутагенное. Особенно неустойчивы к ионизирующей радиации хвойные леса. Ранние признаки радиационного повреждения хвойных пород, обладающих крупными хромосомами (мишенями радиационного воздействия), обнаруживаются уже при дозах 2-3 Гр. Лиственные леса более устойчивы к облучению, чем хвойные. В ряду деревья – кустарники – полукустарники – травы устойчивость к облучению повышается. Принято выделять первичные лучевые реакции леса, непосредственно связанные с воздействием ионизирующих излучений (напр., гибель деревьев, угнетение их роста и развития), и вторичные, обусловленные опосредованным действием ионизирующих излучений (напр., ослабление и угнетение деревьев вследствие радиации могут быть причиной вспышки массового размножения насекомых-вредителей). Степень лучевого повреждения определяется поглощённой дозой в различных компонентах леса, фазой развития растений (весной и летом, т.е. в период активного роста, древесные растения повреждаются в 1,5-2 раза сильнее, чем осенью и зимой), экологическими факторами (напр., засуха способствует усилению поражающего влияния ионизирующих излучений на лес). Распределение радионуклидов в лесу зависит от их физико-химических свойств и путей поступления в лесные насаждения, а также от типа леса и структуры насаждений. Наиболее значимым источником радиоактивных веществ для лесных экосистем является воздух. Радионуклиды, оседающие из атмосферы на лесные ландшафты, не сразу попадают в почву. Основная их масса (до 90% радиоактивной пыли) первоначально задерживается на поверхности крон и стволов деревьев. В зависимости от типа леса и количества выпадающих атмосферных осадков радиоактивные частицы могут находиться в древесном ярусе в течение 2-4 лет, постепенно перемещаясь с помощью дождей и листопада в лесную подстилку. Некоторое время после ядерного инцидента радионуклиды перемещаются в лесном биоценозе по упрощенной схеме, когда радиоактивные вещества попадают непосредственно в организм животных за счет слизывания их с поверхности листьев и запыленной травы. Но, уже, начиная с первого года, все большую силу набирает основное звено миграции радионуклидов в сложной системе биогеноценоза: почва → почвенный раствор → растение → травоядные животные → хищники. Прежде чем попасть в глубокие горизонты почвы, радионуклиды длительное время задерживаются в лесной подстилке, которая является питательной средой для грибов и мхов. В лесной подстилке находится грибной мицелий, поэтому радионуклидов (особенно цезия) особенно много накапливается в ножках грибов, где его концентрация может быть в 100 и 1000 раз больше, чем в обычных травяных растениях. Однако основным фактором накопления радионуклидов в грибах является их природа и видовая принадлежность. Не все грибы одинаково концентрируют радионуклиды. К активным накопителям радиоцезия относятся: моховик, масленок, волнушка, груздь, сыроежка. В меньшей степени концентрируют цезий белый гриб, опенок, подосиновик.  С увеличением влажности лесной подстилки степень насыщения грибов радионуклидами возрастает. Благодаря грибам, мхам и травам радионуклиды надолго задерживаются в лесной подстилке и в верхних горизонтах почвенного покрова лесов. Даже через 36 лет после Кыштымской аварии большая часть радионуклидов сохранилась в верхнем слое серых лесных почв в интервале 0-2 см. Заглублению радионуклидов способствуют дождевые черви, мелкие роющие лесные животные (землеройки, кроты, мыши) и особенно кабаны, перекапывающие значительные площади лесных угодий. Горизонтальной миграции радионуклидов способствуют позвоночные животные, способные к концентрированию отдельных химических элементов в своем теле. Особенно это касается стронция-90, который прочно закрепляется в костях, где коэффициент накопления этого элемента по отношению к пище животных может достигать 100% и более. Основное количество радионуклидов в лесу локализуется в растениях, роль животных в этом отношении менее существенна. Лиственные породы накапливают, как правило, существенно больше радионуклидов, чем хвойные. Повышенные концентрации радиоактивных веществ характерны для лесной подстилки, верхних горизонтов почвы, зелёных частей древесных и травянистых растений. Концентрация радионуклидов в древесине, как правило, незначительна. Населяющие лес млекопитающие и птицы по чувствительности к ионизирующим излучениям близки или даже превосходят древесные растения (в т.ч. хвойные). Самые радиоустойчивые организмы в лесу - мелкие беспозвоночные, обитающие в подстилке и верхних слоях почвы, а также водоросли, мхи и лишайники, микроорганизмы. Они выдерживают без признаков лучевого повреждения дозы в 1000-10 000 Гр. Дождевые черви, пропускающие через кишечник почву, содержащую радионуклиды, оказываются наиболее чувствительными организмами среди беспозвоночных. Прекращение облучения или снижение мощности дозы приводит к пострадиационному восстановлению лесного биогеоценоза. Самоочищение надземных частей деревьев от радиоактивных веществ происходит медленнее в хвойных лесах, где «фильтр» из хвои действует круглогодично, чем в лиственных, где важное значение имеет листопад. 3. Пресноводные экосистемы Радиоактивность поверхностных природных вод обусловлена переходом радионуклидов из вмещающих пород в воду в результате растворения неустойчивых минералов или выщелачивания. При оценках радиационного качества питьевых вод принято учитывать из естественных радионуклидов (ЕРН) – 40К, радионуклиды рядов 238U и 232Th. Не рассматриваются ЕРН ряда 235U (его содержание в природном уране в |
