Влияние радиоактивных веществ на живые организмы

Радиоактивный распад — явление самопроизвольного превращения атомных ядер ряда элементов в ядра атомов других элементов, сопровождающееся испуска­нием альфа-, бета-частиц и гамма-лучей, было открыто в 1895 г. немецким физиком В.-К. Рентгеном.

Ионизирующие излучения постоянно наблюдаются в естественных условиях. Они имеют двоякое происхождение — космическое излучение и излучение от ради­оизотопов, рассеянных в окружающей природной среде.

Наибольшую долю естественного фона (около 70 %) ионизирующих излучений составляют природные источники.

Наибольший вклад в радиационный фон Земли вносит радон, точнее, его коротко живущие продукты распада. Их концентрация в воздухе жилых помещений может превышать среднее значение в тысячи раз. В воздух радон поступает в основном из земной коры, где он образуется при распаде радия-226. Из-за достаточно большо­го периода полураспада (3,8 сут.) радон более или менее равномерно распределяет­ся в тропосфере (на высоте около 10 км). Но любая постройка, в том числе жилой дом, препятствует рассеиванию радиоактивного газа, что приводит к значительной его концентрации в помещениях. Второй по значимости источник радона в воздухе помещений — его выделение из стен и перекрытий. В этом случае концентрация радона зависит от строительных материалов. И, наконец, значительные количества радона могут поступать в наши квартиры из водопровода и с бытовым газом.

Малые дозы радиоактивности вызывают активацию восстановительных процес­сов, благодаря чему ускоряется выздоровление, что используется в оздоровитель­ных целях на радоновых курортах. Однако высокие дозы оказывают неблагопри­ятный соматический и генетический эффекты, вплоть до развития лучевой болезни (см. главу 4).

В нашем столетии человечество подвергается воздействию ионизирующего из­лучения от искусственных источников, создаваемых для медицинских, научных, технических и военных целей, а также в результате техногенных катастроф (Черно­быль, Фукусима и т.д.). Опасность для человека могут представлять, главным обра­зом, подобные техногенные источники.

Радиация — явление потенциально опасное, поэтому облучение человека под­лежит контролю и нормированию.

3. Изменение состояния гидросферы

Вода — самое распространенное неорганическое соединение на нашей планете. Она является средой обитания многих организмов, определяет климат и изменение погоды, способствует очищению атмосферы от вредных веществ, растворяет, выще­лачивает горные породы и минералы, транспортирует их из одних мест в другие и т.д. Для человека вода имеет важное производственное значение как транспортный путь, источник энергии, сырье для получения продукции, охладитель двигателей, очисти­тель и др. Вода присутствует во всей биосфере: не только в водоемах, но и в воздухе, в почве, во всех живых существах. Последние содержат до 80-90 % воды в своей био­массе. Потери 10-20 % воды живыми организмами приводят к их гибели.

Из всех запасов воды на Земле 97,5 % составляет соленая вода. Большая часть пресной воды связана ледниками. Запасы питьевой воды ограничены, поэтому про­блема сохранения качества воды является на данный момент самой актуальной. Во многих странах все более ощутимой становится нехватка пресной воды. Однако главная причина обострения проблемы водных ресурсов заключается не в увели­чении водопотребления (в развитых странах составляет 400-500 л на душу насе­ления в сутки), а в загрязнении многих водоисточников. Известно более 2,5 тыс. загрязнителей природных вод, пагубно влияющих на здоровье населения, ведущих к гибели рыб, водоплавающих птиц и животных, а также к гибели растительного мира водоемов. При этом опасны для водных экосистем не только ядовитые хими­ческие, нефтяные загрязнения, но и избыток органических и минеральных веществ, поступающих со смывом удобрений с полей. Природные водоемы не являются есте­ственной средой обитания болезнетворных микроорганизмов. В отличие от них бытовые сточные воды всегда содержат различные микроорганизмы, часть которых может быть болезнетворными. О потенциальной опасности распространения с во­дой кишечных инфекций судят по присутствию в ней так называемых индикатор­ных микроорганизмов, прежде всего кишечной палочки Коли. По гигиеническим нормативам в питьевой воде допускается присутствие не более 3 кишечных палочек в 1 л воды (коли-индекс = 3). После обеззараживания воды хлором, ультрафиолето­выми лучами, озоном или гамма-излучением вода уже не содержит жизнеспособных микробных возбудителей брюшного тифа, дизентерии и др. Однако устойчивость болезнетворных вирусов выше, чем кишечной палочки. Это заставляет с осторожно­стью оценивать коли-индекс как показатель безопасности питьевой воды в отноше­нии вируса инфекционного гепатита и других вирусов. Полную уверенность в обез­зараживании питьевой воды в настоящее время может дать только ее кипячение.

По данным ВОЗ, 80 % всех инфекционных болезней в мире связано с неудо­влетворительным качеством воды либо нарушением санитарно-гигиенических норм вследствие ее недостатка. Инфекционные заболевания водной этиологии регистри­руются преимущественно в развивающихся странах с низким санитарным уровнем жизни. В настоящее время треть населения земного шара — около 2 млрд человек — лишена возможности потреблять в достаточном количестве чистую пресную воду. 61 % сельских жителей развивающихся стран не могут пользоваться безопасной в эпидемиологическом отношении водой. Поэтому предложены нормативы, опреде­ляющие качество питьевой воды по ее органолептическим свойствам (цвету, про­зрачности, вкусу, запаху) и ПДК многих органических и минеральных веществ.

Тепловое загрязнение природных вод. Наиболее крупные проблемы термаль­ного загрязнения воды связаны с тепловыми электростанциями (ТЭС). Выработка электричества с помощью пара неэффективна, поскольку в этом случае использует­ся лишь 37-39 % энергии, заключенной в угле. Но, несмотря на все недостатки, ТЭС продолжают существовать.

Значительная часть энергии топлива, которая не может быть превращена в элек­тричество, теряется в виде тепла. Простейшим способом избавления от этого тепла является выброс его в атмосферу. Более экономичный путь состоит в использовании в качестве охладителя воды благодаря ее способности аккумулировать огромное ко­личество тепла, чтобы затем она сама постепенно отдавала тепло в воздух.

Серьезную экологическую проблему представляет прямая прокачка пресной озерной или речной воды через охладитель и последующее ее возвращение в есте­ственные водоемы без предварительного охлаждения.

Электростанции могут повышать температуру воды водоемов на 5-15 °С. По­вышение температуры в водоемах пагубно влияет на жизнь водных организмов. В процессе эволюции холоднокровные обитатели водной среды приспособились к определенному интервалу температур. Для каждого вида существует температур­ный оптимум. В естественных условиях при медленных изменениях температуры рыбы и другие водные организмы постепенно приспосабливаются к этим сдвигам. Однако в результате сброса в реки и озера горячих стоков с ТЭС и промышленных предприятий очень быстро устанавливается новый температурный режим, времени для акклиматизации не хватает, живые организмы получают тепловой шок и поги­бают.

Тепловой шок — это крайний результат теплового загрязнения. Поскольку тем­пература тела холоднокровных организмов зависит от температуры окружающей водной среды, повышение температуры воды усиливает скорость обмена веществ у рыб и водных беспозвоночных. Это повышает их потребность в кислороде. В ре­зультате же возрастания температуры воды содержание в ней кислорода падает. Не­хватка кислорода вызывает стресс и даже смерть. Искусственное подогревание воды может существенно изменить и поведение рыб — вызвать несвоевременный нерест, нарушить миграцию. Если разрушающая сила электростанций превышает способ­ность видов к самовосстановлению, популяция приходит в упадок.

Повышение температуры воды способно нарушить структуру подводного расти­тельного мира. Характерные для водоемов с холодной водой водоросли заменяются более теплолюбивыми и при возрастании температур постепенно ими вытесняют­ся — вплоть до полного исчезновения.

Если тепловое загрязнение усугубляется поступлением в водоем органических и минеральных веществ (смыв удобрений с полей, навоза с ферм, бытовые стоки), происходит резкое повышение продуктивности водоема. Азот и фосфор, служа пи­танием для водорослей, позволяют им резко усилить свой рост. Размножившись, они начинают закрывать друг другу свет, в результате чего происходит их массовое от­мирание и гниение. Процесс сопровождается ускоренным потреблением кислорода, что грозит гибелью всей экосистеме.

Загрязнение водной среды нефтью и нефтепродуктами. Нефть и нефтепро­дукты являются наиболее распространенными загрязняющими веществами в Миро­вом океане. Наибольшие потери нефти связаны с ее транспортировкой из районов добычи.

Начиная с 1964 г. в Мировом океане пробурено около 2 тыс. скважин. Вследствие «обычных» утечек ежегодно теряется 0,1 млн т нефти. Большие массы нефтепро­дуктов поступают в моря по рекам, с бытовыми и ливневыми стоками, со стоками промышленности. Объем загрязнений из этих источников составляет 2,5 млн т/год. Взрыв нефтяной платформы Deepwater Horizon — авария, произошедшая 20 апреля 2010 г. в Мексиканском заливе и со временем переросшая в техногенную катастро­фу регионального масштаба, была названа «потенциально беспрецедентной эко­логической катастрофой». По оценкам компании ВР, объем утечки мог составлятьдо 100 тыс. баррелей (около 14 тыс. т, или 16 млн л) ежедневно без учета объемов нефти, которую удавалось собрать при помощи защитного купола. Лишь 4 августа 2010 г. удалось остановить утечку нефти, общий разлив которой составил свыше 4,9 млн баррелей. На данный момент она признана самой крупной утечкой нефти в открытый океан в мировой истории.

При попадании в морскую среду нефть растекается в виде пленки, образуя слои различной мощности (рис. 7.1, а). Это приводит к массовой гибели морских орга­низмов в прибрежных районах, при этом наибольшую опасность представляют аро­матические углеводороды: смерть может наступить после нескольких часов контак­тов с ними уже при концентрации 10 ⁴—10 ² %. В случае нефтяного загрязнения акваторий с замедленным водообменном (бухты, заливы) происходит почти полное уничтожение морской флоры и фауны (рис. 7.1, б).

Разложение нефтепродуктов в водоеме приводит к изменению состава природ­ных вод: росту численности бактерий и изменению их видового состава, увеличе­нию концентрации токсических продуктов (фенолов, нафтолов и других оксипроизводных углеводородов), вспениванию воды, развитию зоопланктона и водорослей фитопланктона.

Ухудшение качества природных вод вследствие загрязнения их нефтепродукта­ми резко снижает и качество получаемых питьевых вод для населения. Это связано с тем, что хлорирование (обязательная стадия подготовки питьевой воды) способству­ет образованию хлорорганических соединений, крайне опасных для человека.

Загрязнение природных вод пестицидами, детергентами, диоксинами и тяжелыми металлами

Все пестициды, как уже указывалось, независимо от места нахождения являются ядовитыми веществами не только для определенной формы жизни, но и для полез­ных насекомых и микроорганизмов, животных, птиц и человека.

Детергенты. Эти химические соединения понижают поверхностное натяжение воды и потому используются в качестве моющих средств и эмульгаторов. Особенно широкое распространение получили синтетические поверхностно-активные веще­ства (СПАВ), входящие в состав моющих и чистящих средств. Разнообразное при­менение (для мытья посуды, тканей, автомобилей, для личной гигиены) привело к все увеличивающемуся попаданию их в бытовые и производственные сточные воды. В сельском хозяйстве СПАВ используются для эмульгирования пестицидов, поэто­му они попадают в почвы и подземные воды.

Присутствие в водоемах СПАВ изменяет химический состав природных вод и естественный ход протекающих в них биохимических процессов, угнетающе дей­ствует на биоценозы водной среды, вызывает гибель многих гидробионтов. Так, смертельная концентрация СПАВ для многих рыб составляет 3-5 мг/л, для план­ктона — около 2 мг/л. У теплокровных животных детергенты нарушают функции биомембран, усиливая тем самым токсическое и канцерогенное влияние других ток­сикантов.

Диоксины. Главным источником образования диоксинов являются продукты сго­рания топлива, производство стали, предприятия целлюлозно-бумажной промыш­ленности, выхлопные газы двигателей внутреннего сгорания, сточные воды, газовые выбросы.

Поскольку диоксины могут легко переноситься в воздухе на большие расстояния и для них не существует границ, проблема диоксинов приобрела глобальный харак­тер, в ее решении обязаны принять участие все страны мира. У человека под воздей­ствием диоксинов могут появляться депрессии, необоснованные приступы гнева, головные боли, нарушение зрения, потеря слуха, обоняния, вкусовых ощущений. Диоксины — рукотворная угроза человечеству.

Тяжелые металлы. Ртуть, свинец, кадмий, цинк, медь, мышьяк являются тя­желыми металлами и относятся к числу распространенных и весьма токсичных за­грязняющих веществ. Они широко применяются в различных промышленных про­изводствах, поэтому, несмотря на очистные мероприятия, содержание соединений тяжелых металлов в промышленных сточных водах довольно высокое. Большое количество соединений поступает в океан через атмосферу. Под воздействием тяже­лых металлов у человека развиваются сердечно-сосудистые заболевания.

Ртуть переносится в океан с материковым стоком и через атмосферу. Около половины годового промышленного производства этого металла (910 тыс. т/год) различными путями попадает в океан. В районах, загрязняемых промышленными водами, концентрация ртути в растворе и взвесях сильно повышается. При этом не­которые бактерии переводят хлориды в высокотоксичную метилртуть. Заражение морепродуктов неоднократно приводило к ртутному отравлению прибрежного насе­ления. В 1977 г. насчитывалось 2800 жертв болезни Минамата (Япония), причиной которой послужили отходы предприятий по производству хлорвинила и ацетальде- гида, на которых в качестве катализатора использовалась хлористая ртуть.

Свинец — элемент, содержащийся во всех компонентах окружающей среды: в горных породах, почвах, природных водах, атмосфере, живых организмах. Свинец активно рассеивается в окружающую среду в процессе хозяйственной деятельности человека. Это выбросы с промышленными и бытовыми стоками, с дымом и пылью предприятий, с выхлопными газами двигателей внутреннего сгорания. Миграционный поток свинца с континента в океан идет не только с речными стоками, но и через атмосферу. С континентальной пылью океан получает 20-30 т свинца в год.