11.5. Радіоекологія

Наймолодшим серед новітніх розділів загальної екології є, мабуть, радіоекологія, активний розвиток якої почався, практично, після страшної Чорнобильської катастрофи, яка стривожила весь світ.

Коли ядерне лихо спіткало влітку 1945 р. Хіросіму та Нагасакі, жахливі наслідки атомного бомбардування та першого в історії людства вибуху такої сили теж привернули увагу й викликали за непокоєння майже всього людства. Але тоді на фоні трагедії другої світової війни та через недостатню інформованість й відсутність знань про можливі наслідки радіоактивних забруднень і пошкоджень біосфери людство ще не могло об'єктивно оцінити всю серйозність цієї проблеми. Навпаки, під тиском мілітаристичних сил у розвинених країнах небаченими темпами почали нарощувати арсенал ядерної зброї, намагаючись досягти якнайбільшої руйнівної сили.

Але вже через 10–15 років вчені почади розуміти всю недалекоглядність такої політики, зростання загрози світової катастрофи в результаті ядерної війни. Було зроблено перші розрахунки можливих змін екосистем регіонального масштабу, величезних втрат не лише державного, а й світового масштабу. З'явилися перші застереження. З 70-х років нашого століття широкі маси громадськості почали активно включатися в боротьбу за роззброєння, мирне співіснування держав з різним соціально-політичним ладом.

Вивчення радіоактивності почалося з 1933 p., а її згубного впливу як компонента ядерної зброї – з 1945 р. Дослідження з метою визначення глобального впливу на біосферу антропогенної радіації, ядерної зброї, відходів від її виробництва, діючих АЕС, аварій на них, а також прогнозування розвитку атомної енергетики на далеку перспективу були започатковані в 1986 р.

Нині захист організму людини та живої складової біосфери від радіоактивного опромінення в зв'язку із зростаючим радіоактивним забрудненням планети став однією з найактуальніших проблем екологічної науки. Радіація – це невід'ємний елемент нашого буття, один з багатьох факторів навколишнього середовища. Наше життя зароджувалося в «радіоактивній колисці». Всі види флори та фауни Землі протягом мільйонів років виникали та розвивалися під постійним впливом природного радіаційного фону й пристосувалися до нього. Але штучно створені радіоактивні речовини, ядерні реактори, устаткування сконцентрували незначні раніше в природі обсяги іонізуючого випромінювання, до чого природа виявилася не пристосованою.

Зв'язки між життям, здоров'ям людей, станом флори та фауни й сучасним рівнем радіаційного забруднення всієї планети та окремих її регіонів дуже складні. Вивчення й використання їх на благо людини – одне з головних завдань радіоекології.

Основними аспектами радіоекології є вивчення природного радіо активного фону, характеру антропогенних радіоактивних забруднень геосфер, продуктів харчування, організму людини, дослідження ефектів і встановлення нормативів іонізаційного опромінення.

До середини XX ст. основним джерелом іонізаційного випромінювання були природні джерела – гірські породи, Космос. Але й тоді рівні земної радіації в різних регіонах різнилися, досягаючи максимальних значень у районах родовищ уранових руд, радіоактивних сланців, фосфоритів або кристалічних порід, торієвих пісків, радонових мінеральних джерел . В цих місцях рівні природного радіоактивного фону в десятки й сотні разів вищі, ніж у інших.

Нині на Поліссі є великі райони, де вміст цезію-137 у продуктах місцевого виробництва в десятки й сотні разів перевищує середній по країн Це викликане підвищеною міграцією цезію з грунтів, які його не утримують (піщані, малоглинисті, дерново-підзолисті), в рослинні та тваринні організми. В зв'язку з цим у траві, рослинах, грибах, лишайниках, молоці, м'ясі й рибі цезію в декілька разів більше, ніж у інших регіонах, місцями – в 50–100 разів.

Через те, що майже до недавнього часу не було відомостей про наявність тих чи інших відхилень у стані здоров'я й розвитку людей, які проживають у районах з підвищеним природним радіоактивним фоном, показники тривалості життя, кількості мертвонароджених, спотворень, захворювань на лейкоз, рак у жителів цих районів були середньостатистичні нормальні. На підставі нових досліджень й глибокого аналізу проблеми можна зробити висновок, що й раніше, десятки та сотні років тому, підвищений радіаційний фон справляв негативний вплив на населення. Це виявлялося в значному підвищенні кількості хворих з синдромом Дауна (майже в п'ять разів), іншими патологічними проявами, зокрема раковими пухлинами.

Нині головними джерелами радіоактивних забруднень біосфери є радіоактивні аерозолі, які потрапляють в атмосферу під час випробувань ядерної зброї, аварій на АЕС та радіоактивних виробництвах, а також радіонукліди, що виділяються з радіоактивних відходів, захоронених на суші й на морі, з відпрацьованих атомних реакторів і устаткування. Радіоактивні опади залежно від розміру часток і висоти їх виносу в атмосферу мають різні терміни осідання та радіус поширення. За розміром часток вони поділяються на локальні або ближні (понад 100 мкм), тропосферні (кілька мікрометрів і менше) та стратосферні, або глобальні (десяті та сотні частки мікрометра). Радіоактивні частки викидаються на висоту до 10–30 км. Під час аварій атомних реакторів, розгерметизації захоронень радіоактивних відходів радіаційний бруд розповзається на десятки й сотні кілометрів, внаслідок вибухів ядерних бомб – по всій планеті.

За силою та глибиною впливу на організми іонізуюче випромінювання вважається найсильнішим. Різні організми мають неоднакову стійкість до дії радіоактивного опромінення, навіть клітини одного організму мають різну чутливість.

Розрізняють кілька видів іонізуючого випромінювання. Гамма-випромінювання – є найнебезпечнішим джерелом зовнішньої іонізації. Воно діє (проникає) на відстані сотень метрів. Гамма-частки не заряджені й мають електромагнітну природу. Бета-випромінювання проникає в повітрі на відстані кілька метрів, а в живих тканинах – кілька міліметрів. Бета-частки складаються з від'ємно заряджених електронів, що рухаються з величезною швидкістю. Альфа-частки мають найкоротший радіус дії (кілька сантиметрів у повітрі, 0,1 мм у тканинах), а тому небезпечні лише у разі без посереднього контакту з слизовими оболонками очей, шкіри та внутрішнім середовищем організму. Альфа-частки складаються з позитивно заряджених ядер гелію.

Крім типу випромінювання, важливе значення має фізичний стан і хімічні властивості альфа- та бета-активних радіонуклідів. Вони визначають шляхи проникнення всередину організму, а також їх включення в обмінні процеси (метаболізм), швидкість засвоєння та виведення з організму. Головним фізичним процесом, що визначає біологічну дію радіації, є іонізація та збудження атомів і молекул тіла.

Неоднакову радіочутливість (вразливість) мають організми різного віку. Чим молодший організм, тим він чутливіший до радіації.

Ще один важливий висновок – чим складніший організм, тим більше він уражується радіацією. В складно збудованих організмах з їх тонко скоординованими та взаємозалежними функціями численних органів і систем набагато більше й слабких ланок, де виникають ланцюгові реакції дезадаптації та патології .

Кількісною оцінкою іонізації організму є доза опромінення. Кількість поглинутої одиницею маси тіла енергії радіації називають поглинутою дозою. За одиницю цієї дози принято грей (Гр).

Для вимірювання ступеня іонізації повітря користуються старою одиницею експозиційної дози – рентгеном (Р). Нині рентген використовується для вимірювання потужності дози рентгенівського та гамма-випромінювання, або рівня радіації (Р/год).

За даними американського радіобіолога Блера, внаслідок одноразового опромінення людини завдяки репаративним процесам протягом 30 діб відновлюється половина всіх уражень. Це період напіввідновлення. Інша частина відновлюється протягом 2,5–3,5 місяців.

У разі повторного опромінення наслідки визначаються шляхом сумації залишкової дози від попереднього опромінення й одержаної знову.

У результаті багаторічного опромінення всього тіла (або головного мозку) дозами потужністю, наприклад, 0,5–1 Зв на рік (50–100 Бер на рік) і більше може розвинутися хронічна променева хвороба. Чим менша частина тіла зазнає опромінення, тим менші руйнівні наслідки.

Нормами радіаційної безпеки (НРБ–76/87) визначено три групи критичних органів за їх чутливістю до радіації:

• перша група – все тіло, гонади, статеві органи, червоний кістковий мозок;

• друга група – м'язи, щитовидна залоза, жирові тканини, печінка;

• третя група – кісткова тканина, шкіра, кисті, литки, стопи.

Сила впливу радіонуклідів, які потрапляють усередину тіла, визначається їх фізико-хімічними властивостями, шляхами (з їжею, через дихання) й часом проникнення, а також здатністю депонуватися та швидкістю виведення. При цьому має значення розмір часток, оскільки крупніші затримуються у верхніх дихальних шляхах і можуть видалятися. Якщо вони надійшли з їжею, то також можуть не потрапляючи в кров, виводитися з організму. Під час внутрішнього опромінення найбільш небезпечними є такі елементи, як радон, калій, радій, полоній та ін.

Ступінь виведення радіонуклідів з організму залежить від швидкості біологічного (метаболічного) виведення та періоду напіврозпаду цих елементів. Чим молодший організм, тим швидше він очищується від радіонуклідів.

Слід пам'ятати, що, розраховуючи величини доз радіаційного опромінення для тієї чи іншої людини, груп людей чи об'єктів, завжди треба вирізняти й враховувати космічне (позаземне), природне радіоактивне земне випромінювання та випромінювання, пов'язане з використанням людиною радіоактивних речовин.

Космічне випромінювання складається з галактичного та сонячного. Енергія космічного випромінювання порівняно з іншими досить мала біля поверхні Землі, але в межах стратосфери, іоносфери та екзосфери її значення в опроміненні дуже зростає

Земних природних джерел випромінювання нині налічується близько 60, зокрема 32 – урано-радієвої та торієвої групи, 11 – з груп інших довгоживучих радіонуклідів, таких, як калій-40, рубідій-87 та ін.

Дослідження, виконані протягом останніх років, свідчать, що будинки, в яких живуть і працюють люди, з одного боку, захищають їх від зовнішніх радіаційних опромінень, а з іншого – збільшують загальну дозу випромінення за рахунок радіонуклідів, які містяться в будівельних матеріалах, і радону, що всередині приміщень. Вже достеменно відомо, що в дерев'яних будинках потужність радіаційної дози в два-три рази менша, ніж у кам'яних, бетонних чи цегляних. А в будинках, споруджених з шлакоблоків (відходи ТЕЦ тощо), потужність радіаційної дози, як правило, в десятки разів більша, ніж у дерев'яних.

Населення міст, особливо великих, у цілому завжди одержує дози, вищі порівняно з жителями сільських місцевостей. Зупинимося на такому факті, як негативний вплив на здоров'я людини радону, який останнім часом привернув увагу вчених у Америці та Європі.

Радон – радіоактивний газ, продукт радіоактивного перетворення урану, торію, радію. Потрапляючи в організм, він одразу ж уражує залози внутрішньої секреції, гіпофіз, кору надниркових органів. Це викликає в третини населення задуху, серцебиття, мігрень, тривожний стан, безсоння. Іноді розвиваються злоякісні пухлини в легенях, печінці, селезінці. Цей газ не має кольору, запаху, смаку.

Він накопичується в приміщеннях, де погана вентиляція, через наявність так званого «ефекту пічної труби», коли важке, збагачене радоном приземне повітря втягується через щілини, вікна, двері в помешкання; Крім того, він виділяється з будівельних матеріалів і конструкцій.

Залежно від розподілу в тканинах організму вирізняють такі радіонукліди: остеотропні – накопичуються в кістках (стронцій, кальцій, барій, радій, ітрій, цирконій, плутоній); ті, що затримуються в печінці (до 60 %) і скелеті (до 25 %) – церій, лантан, прометій; ті, що розподіляються рівномірно (тритій, вуглець, залізо, полоній, інертні благородні гази); ті, що залишаються в м'язах (калій, рубідій, цезій), селезінці та лімфатичних вузлах (ніобій, рутеній), щитовидній залозі (йод). Радіоізотопи йоду в щитовидній залозі концентруються в 100–200 разів більше, ніж у інших тканинах і органах. Руйнування залози починається при дозі опромінення, що дорівнює 100 Гр.

У шлунково-кишковому тракті всмоктування різних радіонуклідів може відрізнятися в 1000–10000 разів. Найкраще всмоктується калій, трітій, натрій, найгірше – цирконій, ніобій, вісмут, полоній та ін.

Цезій і стронцій за своїми хімічними властивостями дуже близькі, відповідно, ізотопи калію та кальцію й у біосфері циркулюють разом з цими елементами.

За даними комісії радіаційного контролю ООН, біологічний період напіввиведення з організму цезію-137 у дорослих становить від 10 до 200 діб (у середньому – 100 діб), і виділяється він переважно з сечею (від 75 до 90 %).

Уповільнюється всмоктування й прискорюється виведення цезію-137 з організму зі збільшенням у раціоні калію та натрію. Дуже добре зв'язує цезій-137 у шлунку протектор-адсорбент берлінська лазур.

Стронцій-90 набагато швидше видаляється з організму, якщо часто вживати молоко (звичайно, чисте від радіонуклідів) і продукти, збагачені кальцієм.

Плутоній виводиться з організму дуже повільно, напівперіод його виведення становить 40–100 років, а з скелету він практично не видаляється взагалі.

Розглянемо наслідки подальшого забруднення біосфери радіоактивними речовинами.

По-перше, незважаючи на досить різкий спад гонки ядерних озброєнь і послаблення загрози глобальної війни, небезпека загибелі живої компоненти біосфери від військових ядерних запасів усе ще існує. Продовжують випробування ядерної зброї, деякі країни намагаються одержати цю зброю, не знищено величезні запаси ядерних бомб, снарядів і ракет, Накопичених за 45 років США, колишнім СРСР, Францією, Англією (їх досить, щоб кілька разів знищити на Землі все живе), ще існують сили в різних країнах, які можуть спровокувати ядерну війну. Немає гарантії, що не станеться нещасний випадок або аварія на військових базах, полігонах, об'єктах, де є ядерні припаси. Не виключена також можливість захоплення й застосування ядерної зброї: терористами або маньяками, фанатично настроєними націоналістичними елементами.

Отже, й надалі на всіх рівнях і в усіх напрямках слід проводити активну роботу проти нарощування ядерної зброї, її випробування, виступати за її повне знищення.

По-друге, не вирішено й проблему атомної енергетики, хоча ставлення до неї після чорнобильської аварії різко змінилося в усьому світі. Удосконалюються конструкції реакторів, підвищується надійність АЕС, але залишається проблема захоронення відходів (залишки збагачення уранової руди, відпрацьовані паливо, реактори та інше устаткування), існує багато сотень небезпечних могильників твердого й рідкого радіоактивного бруду в усьому світі, особливо в Світовому океані.

Для вирішення зазначених проблем необхідні подальше розширення гласності й правдива інформація про все, що пов'язане з атомною зброєю та енергетикою, якнайширша екологічна освіта, особливо в галузі радіоекології, спеціального санітарного радіометричного контролю для населення (щоб кожен міг перевірити радіоактивність продуктів, речей, устаткування), станцій чи пунктів постійного радіаційного контролю за станом повітря, води, грунтів, флори та фауни в усіх населених регіонах. Нарешті, слід розробити досконалі способи захисту від радіації та методи дезактивації природного середовища.