3. Радіоактивність і закони радіоактивного розпаду

Розглянемо найпростіший випадок, в якому радіонуклід G, випускаючи частку X, перетворюється у стабільний нуклід Z:

G → Z + X.

При цьому число, що розпадаються в одиницю часу атомів пропорційно числу наявних атомів N:

–dN/dt = λ N.

Коефіцієнт пропорційності λ називається постійної розпаду, він має розмірність с^–1. Інтегрування останнього рівняння за умови, що в початковий момент часу (t = 0) кількість радіоактивних ядер складає N0, призводить до рівняння

N = N₀ e^–λt.

Проміжок часу, протягом якого розпадається половина цієї кількості радіоактивного нукліда, називається періодом напіврозпаду Т_1/2. Радіонукліди, відомі в даний час, характеризуються значеннями Т_1/2 в діапазоні від 10^-7 до 10¹¹ років.

Під середнім часом життя τ = 1/λ мається на увазі проміжок часу, протягом якого число існуючих атомів зменшується в е раз.

Важлива характеристика радіонукліда — активність А. Це міра кількості радіоактивної речовини, яка являє собою число розпадів в одиницю часу:

A = –dN/dt = λ N = A₀ e^–ln2/T1/2,

де А₀ — активність в початковий момент часу (t = 0).

Одиницею активності є беккерель (Бк). Він дорівнює активності радіонукліда, в якому за 1 с відбувається 1 акт розпаду. Позасистемна одиниця активності — кюрі (Кі); це активність 1 г R88226; 1 Kі = 3,7 ⋅ 10¹⁰ Бк.

Висновки

• Випромінювання називають іонізуючим, якщо, проходячи через середовище, воно викликає її іонізацію. За своєю природою іонізуюче випромінювання буває фотонна і корпускулярне.

• Фотонна випромінювання являє собою електромагнітне іонізуюче випромінювання. Воно включає в себе γ-випромінювання і рентгенівське випромінювання.

• Корпускулярне випромінювання — це іонізуюче випромінювання, що складається з частинок з масою, відмінною від нуля. До основним типам ставляться β-випромінювання, протонное випромінювання, нейтронне випромінювання, дейтронное випромінювання, альфа-випромінювання.

• Основні величини, що характеризують іонізуючі випромінювання: поглинена доза випромінювання D, еквівалентна доза Н.

• До природних джерел випромінювання відносяться космічні промені і земна радіація.

• Радіоактивність А — міра кількості радіоактивної речовини, яка являє собою число розпадів в одиницю часу і вимірюється в беккерелях.

Тема 7. Глобальні процеси в навколишньому середовищі

Лекція 22

План лекції.

Глобальне потепління клімату і діоксид вуглецю.

Глобальне потепління клімату і діоксид вуглецю

Глобальне потепління — процес поступового збільшення середньорічної температури атмосфери Землі і Світового океану. Наукова думка, виражена Міждержавної групи експертів зі зміни клімату (МГЕЗК) ООН, полягає в тому, що середня температура на Землі піднялася на 1 °С з кінця XIX століття, і що «велика частка потепління, що спостерігалося в останні 50 років, викликана діяльністю людини», в першу чергу викидом газів, що викликають парниковий ефект, таких, як вуглекислий газ (СО₂) і метан (СН₄). Вчені, що оспорюють думка, що діяльність людства зіграла істотну роль в що спостерігається підвищення температур, знаходяться в явній меншості. Тим не менш точно невідомо, наскільки значними будуть подальші зміни клімату. Потепління може позитивно позначитися на світовій економіці, оскільки витрати на опалення будуть падати, менше людей буде гинути в мороз і багато іншого. В Європі потепління буде нестійким ще 3-7 років.

Викиди діоксиду вуглецю. Вугільні електростанції, автомобільні вихлопи, заводські труби та інші створені людством джерела забруднення разом викидають в атмосферу близько 22 млрд т вуглекислого газу та інших парникових газів на рік. Тваринництво, застосування добрив, спалювання вугілля та інші джерела дають близько 250 млн т метану на рік. Близько половини всіх парникових газів, викинутих людством, залишилося в атмосфері. З доіндустріального періоду середини XVIII століття концентрації вуглекислого газу і метану збільшилися на 34 %. Близько 3/4 всіх антропогенних викидів парникових газів за останні 20 років викликані використанням нафти, природного газу і вугілля. Велика частина решти викликана змінами ландшафту, в першу чергу вирубкою лісів.

На користь цієї теорії свідчать і ті факти, що спостерігається потепління більш значуще взимку, ніж влітку, вночі, ніж вдень, у високих широтах — ніж у середніх і низьких, а також той факт, що швидке нагрівання шарів тропосфери відбувається на тлі не дуже швидкого охолодження шарів стратосфери.

Інші теорії. Існує безліч інших гіпотез, в тому числі:

• спостерігається потепління знаходиться в межах природної мінливості клімату і не потребує окремого пояснення;

• потепління стало результатом виходу з холодного малого льодовикового періоду;

• потепління спостерігається дуже нетривалий час, тому не можна достатньо впевнено сказати, відбувається воно взагалі.

Важливо відзначити, що клімат на Землі змінюється періодично в залежності від повторюваних процесів, що відбуваються в системі «Земля — Сонце — навколишній космос».

За сучасною класифікацією умовно виділяють чотири групи циклів. Наддовгі по 150-300 млн років пов'язані з найбільшими змінами екологічної обстановки на Землі. Їх пов'язують з ритмами тектоніки і вулканізму. Довгі цикли, пов'язані з ритмами вулканічної діяльності, тягнуться десятки мільйонів років. Короткі — сотні і тисячі років — обумовлені змінами параметрів земної орбіти. Остання категорія умовно називається ультракороткі. Вони пов'язані з ритмами Сонця. Серед них є цикл 2400 років, 200, 90, 11 років. Не виключено, що саме ці ритми є визначальними в спостережуваному потепління на планеті. Людина поки що не в змозі якось модифікувати і впливати на ці процеси. В даний час жодна з цих альтернативних теорій не має помітного числа прихильників серед учених-кліматологів.

Згідно з однією з гіпотез, глобальне потепління призведе до зупинення або серйозного ослаблення Гольфстріму. Це викличе суттєве падіння середньої температури в Європі (при цьому температура в інших регіонах підвищиться, але не обов'язково у всіх), т. к. Гольфстрім прогріває континент за рахунок перенесення теплої води з тропіків.

Таким чином, на планеті існують коливальні процеси, в яких заледеніння (льодовиковий період) породжується потеплінням клімату, а дегляциация (вихід з льодовикового періоду) — похолоданням. Наприклад, в кайнозої, є криоэрой, при відтаванні крижаних полярних шапок збільшувалася кількість опадів у високих широтах, що взимку призводило до локального підвищення альбедо (характеристики відбивної здатності поверхні) з подальшим зниженням температури в глибинних районах континентів північної півкулі і утворенням льодовиків. При замерзанні крижаних полярних шапок льодовики в глибинних районах континентів північної півкулі, не отримуючи досить підживлення у вигляді опадів, починали відтавати.

Екологічні та економічні наслідки. Кислотний дощ чинить негативний вплив на водойми (озера, річки, затоки, ставки), підвищуючи їх кислотність до такого рівня, що в них гине флора і фауна. Водяні рослини найкраще ростуть у воді зі значеннями рН між 7 і 9,2. Зі збільшенням кислотності (показники рН видаляються вліво від точки відліку 7) водяні рослини починають гинути, позбавляючи інших тварин водойми їжі. При кислотності рН 6 гинуть прісноводні креветки. Коли кислотність знижується до рН 5,5, гинуть донні бактерії, які розкладають органічні речовини і листя, і органічне сміття починає накопичуватися на дні. Потім гине планктон — крихітне тварина, яке складає основу харчового ланцюга водойми і живиться речовинами, що утворюються при розкладанні бактеріями органічних речовин. Коли кислотність рН досягає 4,5, гине вся риба, більшість жаб і комах. По мірі накопичення органічних речовин на дні водойм з них починають вилуговувати токсичні метали. Підвищена кислотність води сприяє більш високій розчинності таких небезпечних металів, алюміній, кадмій, ртуть і свинець з донних відкладень і грунтів. Ці токсичні метали становлять небезпеку для здоров'я людини. Кислотний дощ завдає шкоди не тільки водної флори і фауни. Він також знищує рослинність на суші. Вчені вважають, що хоча до сьогоднішнього дня механізм до кінця ще не вивчений, складна суміш забруднюючих речовин, що включає кислотні опади, озон і важкі метали в сукупності призводять до деградації лісів. Єдиний спосіб змінити ситуацію до кращого, на думку багатьох фахівців, — це зменшити кількість шкідливих викидів в атмосферу.