14. Природный и техногенный фон. Радиоэкологические последствия техногенных аварий и ядерных взрывов. Поведение радионуклидов в экосистемах и воздействие излучений на человека.

Природный радиационный фон - естественная радиоактивность, свойственная биосфере Земли. Он является необходимым условием существования биосферы, которая возникла и развивалась в условиях этого фона. Источники радиационного фона разделяются на внешние, находящиеся за пределами живых организмов, и внутренние, поступившие в организмы тем или иным путем.

1. Радиактивность горных пород. Закономерности:

- радиактивность горных пород уменьшается с глубиной залегания

- естественная радиактивность по разному распределяется в различных горных породах (г.п.): наибольшее содержание естественных радиоизотопов в кислых, магматических породах ( гранит, базальт), в осадочных породах – глинистые почвы; наименьшая радиоактивность – каменная соль, гипс, известняк, кварц. На земле встречается анамальные природные зоны с повышенным естественным радиоактивным фоном, где г.п. имеют значительно высокие количества радиоизотопов. Основной вклад в естественную радиоактивность г.п. имеют следующие изотопы: 238 U, торий 232, К40 (способен накапливаться в живых организмах).

2. Радиоактивность почв. Закономерности:

- радиоактивность почв зависит от природы почвообразующих пород: кислые и глинистые почвы богаче изотопами, чем щелочные и песчаные. Основной вклад в естественную радиоактивность почв вносят: U, Tx, K, Ra.

3. Радиоактивность природных вод.

Морские (океанические) воды значительно обеднены радиоизотопами. Основная радиоактивность создаётся за счёт изотопов Tx. Радиоактивность рек и озёр зависит от источника их питания. Дождевые, снеговые и ледниковые воды практически стерильны по отношению к естественным радиоизотопам. Если питание осуществляется за счёт подземных вод, то радиоактивность зависит от радиоактивности пород, которые омывают или дренируют эти воды, следовательно, естественная радиоактивность таких рек и озёр сильно варьирует. Концентрация радиоактивных изотопов во озёрах зависит от степени их водообмена. Бессточные озёра могут быть значительно обогащены радиоизотопами. В пресных водах понижена содержание радиоизотопов U, Ra и К относительно морских вод. Радиоактивность подземных вод зависит от состава пород, в которых они залегают. Благодаря наличию в подземных водах радиоактивных изотопов они могут накапливаться на оборудовании при добыче нефти и газа.

4. Радиоактивность атмосферы.

Газообразные радиоактивные изотопы атмосферы – радон и торий. Радиоактивность этих изотопов – в атмосферу они попадают в результате выветривания г.п., за тем газы претерпевают радиоактивный распад и переходят в твёрдые изотопы, которые выпадают на поверхность Земли в виде радиоактивных осадков. Основной радиоактивный газ атмосферы – радон (90-95%).

Закономерности:

- концентрация радиоактивных газов с высотой падает; кроме радиоактивных газов радиоактивность атмосферы складывается из радиоактивности космического излучения, под действием которых образуется 14С. В целом радиоактивное излучение на суше в сотни раз меньше, чем под океаном.

Техногенная радиоактивность возникает вследствие человеческой деятельности. Осознанная хозяйственная деятельность, в процессе которой происходит перераспределение и концентрирование естественных радионуклидов, приводит к заметным изменениям естественного радиационного фона. Сюда относится добыча и сжигание каменного угля, нефти, газа, других горючих ископаемых, использование фосфатных удобрений, добыча и переработка руд. Так, например, исследования нефтепромыслов на территории России показывают значительное превышение допустимых норм радиоактивности, повышение уровней радиации в районе скважин, вызванное отложением на оборудовании и прилегающем грунте солей радия-226, тория-232 и калия-40. Особенно загрязнены действующие и отработавшие трубы, которые нередко приходится классифицировать как радиоактивные отходы.

Вклад искусственной радиоактивности в общий радиоационный фон больше, чем естественной радиации.

ОРФ = ЕРА + ИРА

Источники ИРА – ядерное оружие, атомные реакторы, комплекс добычи и переработки радиоактивного сырья, промышленность, медицина и с/х.

Добыча и переработка радиоактивного сырья – основным сырьём является U. Его добыча и переработка даёт самый большой объём радиоактивных отходов. Промышленной содержание U в породе должно быть 0, 02 – 0, 03 %. Руды с меньшей долей считаются пустыми, следовательно отвал относится к материалам имеющим радиоактивную опасность для ОС. Опасность: загрязнение воздуха за счёт пыли и выветривания, локальное загрязнение почв и грунтовых вод за счёт смывания руд под действием осадков. Жидкие отходы добычи сырья – шахтные воды – источник загрязнения поверхностных водоёмов.

Добыча и переработка минерального и углеводородного сырья – некоторые углеводороды (нефть и газ) и минеральные руды (фосфариты и апатиты) создают не большое количество естественных радиоизотопов, которые при переработке могут накапливаться в отходах или на оборудовании. Радиоционный контроль необходим и при производстве нефти и минеральных удобрений.

Ядерная энергетика – управляемый процесс цепной реакцией распада атомных ядер с выделением большого количества различных форм энергии. Основные процессы цепной реакции происходят в ядерном реакторе. Атомных электростанций в России 10; 30 реакторов – 13% от всей энергетики в РФ. 80% всей энергетики АС во Франции и Бельгии; 53% Южная Корея. 3,5 тыс. тонн природного U необходимо для насыщения АС.

Радиоэкологические последствия техногенных аварий и ядерных взрывов.

В основе ядерного оружия лежит неуправляемая цепная ядерная реакция с выделением большого количества энергии. Радиоактивная опасность ядерного оружия: продукты деления ядер и все типы излучения при взрыве.

Термоядерное оружие – опасность представляют нейтроны.

При ядерном и термоядерном взрыве образуется большое количество 90Sr. Он способен в больших количествах накапливаться в косной ткани, вызывая эндогенную радиацию в органах.

Источником искусственной радиации является – ядерный полигон. Это Канада – США; Новая Земля и др. Всего за 50 лет на их было произведено 2077 взрывов.

Радиоактивная опасность:

1. Перенос радиоактивного материала в атмосфере на большие расстояния и выпадения радиоактивных осадков.

2. Попадание радиоактивного материала в реки, озёра, подземные воды и в океанические воды.

3. Локальное загрязнение почв радиоактивными изотопами.

Характер радиоактивного загрязнения зависит от типа ядерного взрыва: воздушный, надземный, наземный и подземный. Тип и степень загрязнения в этом ряду снижается.

Мирные атомные взрывы – применение подземных хранилищ, каналов, туннелей. Для этого используется ядерное оружие меньшей мощности и меньшего радиоактивного излучения.

Источник искусственной радиации – реакторы атомных кораблей и подводных лодок.

Опасность – отработанная вода, её сливают в море.

Источник радиоактивных отходов делят на твёрдое отработанное ядерное топливо, материалы и оборудование, грунт и биологические объекты; жидкие – органические и неорганические жидкости и шламы; газообразные – радиоактивные газы и аэрозоли.

Действие радиационного облучения на человека.

Лучевая болезнь развивается при облучении у человека. При облучении острыми дозами

( до 600 Бэр) – острая форма болезни. При длительном облучении низкими дозами – хроническая форма. Степень острой лучевой болезни зависит от дозы. Лёгкая степень 100-200 Бэр, от 200-400 средняя, 400-600 тяжёлая, более 600 крайне тяжёлая. Травма не требует специального лечения. Степень тяжести болезни проявляется в росте симптоматики – рвота. Появляются и увеличивается головная боль, потеря сознания, рост гипертонии, покраснение кожи, покраснение глаз, угнетение кроветворения ( лейкоз). При тяжёлых требуется лечении в специальном стационаре. При средней форме обычный стационар. При лёгкой обычное лечение.

Поведение радионуклидов в экосистемах.

Почва- почвенный раствор- растение- животные(человек).

Изотопы (радиоактивные) в почве находятся либо, в адсорбированном на частицах почвы в виде, либо в водном растворе. Поглощение почвенной радиации изотопов зависит

– химической природы изотопов, лучше связываются с почвой изотопы урана, железы и цезия;

- от состава и свойства почв

Закономерности накопления изотопов в зависимости от состава почв:

1. чем больше в почве органики (гумус), тем больше она фиксирует радионуклиды.

2. От PH почв, с увеличением PH поглощения радиоактивных элементов падает.

3. Влажность почв, увеличение влажности способствует переходу изотопов в почвенный раствор (повышение увлажненности почвы способствует усвоению радионуклидов в растении).

Повышение увлажненности почвы способствует усвоению нуклеидов растениями. Содержание радионуклидов в растении зависит от их видов, способности аккумулировать изотопы. Наибольшей способностью в этом обладают мхи и лишайники ( т.к не имеют развитой корневой системы). Изучение уровня изотопов этих видов используется для радиоэкологического мониторинга. Распределение изотопов в различных частях растений уменьшается в следующем ряду:

Лист-стебель-корень- семена.

Пути предотвращения перехода изотопов в системе почвенный раствор- растение:

- внесение удобрений ( калий, кальций и фосфатные).

- глубокая вспашка

- сборка отмерших частей растений – в подстилке накапливается наибольшее число изотопов.

Прямой путь поступления изотопов от растения к животному (человеку).

По мимо видовых особенностей существует общебиологические закономерности переходы изотопов в живые:

1. Наибольшее накопление изотопов происходит у мелких животных.

2. Наибольшее накопление наблюдается у животных, питающихся в подстилке.

Чем длиннее цепочка миграции радиоактивных элементов, тем меньше их количество в конечном звене.

Особенности миграции в зоне тундры: - особенности биогеоценозов- вечная мерзлота, скудная растительность и животный мир. Выделяют вертикальную миграцию изотопов

( слой почв, ярусы и т.д.) и горизонтальную ( по поверхности земли).

Лесная зона (лес, лесостепь, тайга). Особенность: Большая ярусность; 90 % всех радиоактивных осадков, пыли до года находится в древесном ярусе, время нахождения в ярусах зависит от типа леса. Часть изотопов в это время перемещается по упрощенной схеме: с вегетативных частей растений в организм животного и человека, через год основной пусть миграции идёт по обычной схеме. Длительное время радионуклиды содержаться в лесной подстилке, их накоплению способствуют мхи, грибы, лишайники.

Степная зона: основная характеристика – открытое пространство и строение почв. Высокая вертикальная миграция, высокая вероятность попадание изотопов в грунтовые воды и сокращение цепи до: почва - почвенный раствор – человек.

Горизонтальные миграции – этому способствуют абиотические факторы ( ветер).

Горная тундра: Особенности биоценозов – тонкий слой почв, бедная растительность и животный мир. Вертикальные миграции отсутствуют. Горизонтальная миграция за счёт талых вод и смывания дождём. Территория быстро освобождается от радиоактивного загрязнения. Самая безопасная территория.

Радиационная система экологии пресноводных экосистем.

Пути попадания радионуклеидов в пресноводные водоёмы:

1. грунтовые паводковые воды.

2. промышленное загрязнение

Коэффициент накопления – отношение содержания радионуклеидов в организме к его содержанию в воде.

Особенности накопления радионуклеидов пресноводными растениями:

- избирательное накопление отдельными элементами ( фосфор, железо).

- защелачивание воды.

- усвоение радиоизотопов способствует освещение ( свет) и увеличение температуры.

Отмирающая вегетативная часть растений, содержащие изотопы формирует донные отложения.

Накопление пресноводными животными: пути попадания.

Прямой – через жабры и кожные покровы; косвенные – через пищу.

Радиоктивная экология океанов или морских водоёмов.

Источники радиоктивного излучения: естественная радиоктивность горных пород дня океана. Космическое излучение. Искусственная радиоктивность складывается из атомных взрывов.

Типы миграции радиоизотопов:

1. Горизонтальное и вертикальные морские течения.

2. Диффузия водных масс ( тёплое вниз, холодное вверх).

Движение водных масс приводит к следующей закономерности – концентрация радиоктивных изотопов с глубиной падает.

Особенности накопления морскими гидробионтами.

1. активное накопление через пищу и дыхание.

2. пассивное накопление радионуклидов осуществляется путём выравнивания концентрации ионов в морской среде и в тканях организма.

3. отдельные радиоизотопы способны избираться и накапливаться в зависимости от вида животных и растений.