книги из ГПНТБ / Марей, А. Н. Глобальные выпадения цезия-137 и человек

—уровнем отложения в критическом органе и периодом полувыведения из него;

—видом и энергией излучения;

—характером пространственного распределения в критиче­ ском органе и радиочувствительностью этого органа.

Ниже приведены краткие характеристики некоторых наи­

мание исследователей. По проведенным оценкам, среднемировая доза облучения костного мозга за весь период до 2000 г. со­ ставит около 90 мрад [28J. Sr89 (7"= 50,36 дня) представляет интерес только в течение первых двух лет после выпадений.

Вэтот период поглощенная в костном мозге доза облучения Sr89

в2—3 раза превышает дозу облучения Sr90. Однако в общей ин­ тегральной дозе вклад Sr89 составляет лишь доли процента.

Наряду со Sr90 Cs137 (7'=29,68 года) наи-

Цезий-137 более важный компонент глобальных вы-. падений. После начала испытаний ядерного оружия Cs137 был обнаружен во всех видах животных орга­

низмов и растений, что является следствием включения изото­ па в биологический круговорот.

Испытания ядерного оружия привели к возникновению стра­

По сравнению со Sr90 Cs137 уделялось меньше внимания. Од­ нако в настоящее время интерес исследователей к поведению Cs137 в окружающей среде и его биологическому действию по­ стоянно увеличивается, что связано с появлением многочислен­ ных данных об исключительной способности Cs137 включаться в биологические системы, об особенности распределения в орга­ низме, о высокой токсичности и т. д. [29—32].

Многолетние наблюдения за соотношением этих двух изото­ пов в выпадениях позволяют использовать данные о Sr90 в каче­ стве исходных для описания распределения Cs137 в атмосфере и ютложения его на поверхности земли. Так, в материалах Науч­ ного комитета по действию атомной радиации ООН (НКДАР ООН) [28] указано, что в среднем за период глобальных выпа­ дений (с 1960 по 1967 г.) отношение CsI37/Sr90 в выпадениях со-

•ставляло 1,5—1,6, что близко к соотношению в момент их обра­ зования при делении ядерного горючего. Отсюда можно заклю­ чить, что характер инжектирования Cs137 и Sr90 в атмосферу, поведение их в ней и осаждение на поверхности земли иден-

•тичны.

30

Выпадая на поверхность земли, Cs137 фиксируется в верхних слоях (до 20 см) и мигрирует вглубь относительно медленно.

Максимальное содержание Cs137 в почве приходилось на 1966—1968 гг., после чего убыль этого изотопа из почвы уже не компенсировалась новыми выпадениями. В настоящее время содержание цезия в почве средних широт Земного шара состав­ ляет около 100 мкюри/км2 [39, 40].

ПУТИ ПОСТУПЛЕНИЯ ЦЕЗИЯ-137 В ПИЩЕВЫЕ ПРОДУКТЫ И РАЦИОН ЧЕЛОВЕКА

Продукты деления ядериого горючего, осаждающиеся в ви­ де глобальных выпадений на поверхности земли и накапливаю­ щиеся в почве, являются источниками загрязнения раститель­ ности и пищевых продуктов радиоактивными изотопами.

Рис. 1.4. Схема миграции Cs137 по биологическим цепям до челове­ ка включительно.

Содержащийся в стратосферных выпадениях Cs137 так же, как и Sr90, может поступать в пищевые продукты растительного и животного происхождения тремя путями (рис. 1.4). Во-первых, непосредственно из воздуха в результате осаждения радиоактив­ ных частиц на наземных частях растений в течение вегетацион­ ного периода (воздушный путь). Во-вторых, путем миграции ра­ диоактивных изотопов из почвы по корневой системе вместе с почвенными растворами (почвенный путь); последующая мигра­ ция в организм животных происходит по пищевым путям. В-третьих, путем миграции радиоактивных изотопов из открытых

12

■водоемов в пищевые продукты преимущественно по биологиче­ ским и пищевым цепям.

Как показали наблюдения, проводившиеся за истекшее де­ сятилетие, практическая значимость каждого из этих путей с течением времени меняется. В первые годы после проведения испытаний ядерного оружия, в период интенсивных выпадений активности, доминирующую роль в загрязнении растительности и пищевых продуктов играл воздушный путь. Но в последующие годы все более значительную роль начинал играть почвенный пѵть, ибо, поскольку Cs137 — долгоживущий изотоп, его коли­ чество в почве с течением времени увеличивалось, хотя уровни выпадения снижались.

При поверхностном загрязнении различных частей растений (листьев, соцветий и других) Cs137 может проникать в ткани ра­ стений значительно быстрее, а нередко и в большем количестве, нежели Sr90. Поэтому целесообразно вначале коснуться значи­ мости воздушного пути.

Следует отметить, что отношение Cs137/S r90, наблюдаемое в воздухе и в стратосферных выпадениях, сохраняется и при осаждении радиоактивных осадков на поверхности растений [41, 42]. Однако в дальнейшем картина меняется. Во все тка­ ни растений Cs137 поступает в значительно большем количестве, чем Sr90. При этом максимальные различия в поступлении этих изотопов наблюдаются в тех органах, на которых продукты де­ ления непосредственно не осаждаются, например в клубнях картофеля [43, 44]. Исключение составляют выращенные в от­ крытом грунте листовые овощи, уровни загрязнения которых стронцием и цезием оказываются сравнимыми.

Относительно крупные частицы, содержащиеся в радиоак­ тивных выпадениях, почти не задерживаются на поверхности листьев, тогда как мелкодисперсные (меньше 40 мкм) фикси­ руются более прочно [45, 46]. Можно принять, что при одно­ кратном аэрогенном загрязнении около 25% Cs137, выпавшего на единицу площади земной поверхности, первоначально задер­ живается на надземных частях пастбищных растений, а в по­ следующие несколько недель количество его уменьшается вслед-

"ствне механических потерь примерно вдвое.

При выпасе коров на целинных пастбищах наблюдаются се­ зонные изменения концентрации Cs137 в молоке. Так, к концу лета концентрация изотопа в молоке увеличивается в 1,5—3 ра­ за [47].

Поверхностное загрязнение растений изменяется в течение вегетационного периода, возрастая перед уборкой урожая. Ра­ диоактивные частицы, выпавшие даже зимой, с наступлением весны в значительной мере сорбируются на дерне и служат источником загрязнения молодой травы, с которой они попадают

ворганизм травоядных. Кроме того, эти частицы могут попадать

ворганизм травоядных в результате непосредственного слизы-

13

вания их животными с поверхности почвы, особенно при слабо развитом травяном покрове ранней весной и во время засухи. По мере истощения стратосферного резервуара и уменьшения плотности глобальных выпадений повсеместно снижаются уров­ ни загрязнения растений Cs137.

Прямая зависимость между плотностью глобальных выпаде­ ний Cs137 и степенью загрязнения им растений, молока и мяса сельскохозяйственных'животных — причина того, что в период с 1963 по 1964 г. на территории высокогорных районов, где наи­ более интенсивно выпадали радиоактивные глобальные осадки, наблюдались наибольшие уровни загрязнения пищевых про­ дуктов.

Учитывая характер почвенного покрова в зоне высокогорных пастбищ, есть основания полагать, что роль почвенного пути миграции Cs137 в растения здесь была незначительна. Поэтому, приняв соотношения Cs137/Sr90 как в выпадениях, так и в мо­ локе в различных районах за равные и исходя из фактически замеренных концентраций Sr90, можно утверждать, что содержа­ ние Cs137 в молоке коров, находившихся на высокогорных паст­ бищах, в 1963—1964 гг. достигало 500 пкюри/л, т. е. превыша­ ло среднее значение по стране примерно в 3 раза. В последую­ щие годы здесь наблюдалось более быстрое, чем в равнинных районах, снижение концентрации Sr90 и Cs137 в молоке. Напри­ мер, с 1963 по 1966 г. концентрации этих изотопов в молоке ко­ ров из горных районов уменьшились в 5 раз, тогда как в мо­ локе коров из равнинных районов — только втрое [21]. Такое различие, по-видимому, обусловлено двумя моментами: малым удельным значением миграции Sr90 и Cs137 из почвы по корне­ вой системе в растения и более эффективным механизмом удале­ ния из почвы радионуклидов, выпадающих на территории высо­ когорных пастбищ (главным образом более интенсивным смы­ вом).

Аналогичные явления отмечались и в некоторых других стра­ нах. Так, содержание Cs137 в молоке коров, находившихся на равнинных и горных пастбищах Словакии, еще в 1965 г. соот­ ветственно составляло 180 и 267 пкюри/л. В последующие годы это различие исчезло [48].

Учитывая относительно небольшое удельное значение, кото­ рое имеет в народном хозяйстве нашей страны отгонное (на вы­ сокогорные пастбища) скотоводство и связанное с ним произ­ водство молочных продуктов, можно считать, что кратковремен­ ное небольшое увеличение содержания Cs137 в молоке этого ско­ та не представляет опасности для здоровья людей.

Иные причины лежат в основе повышенной миграции Cs137 из внешней среды в пищевые продукты, производимые на Край­ нем Севере. В отличие от высокогорных и равнинных районов средних широт, где начальным звеном пищевой цепи, в котором

'14

происходит кумуляция Cs137, являются однолетние травы, на Крайнем Севере таким звеном в значительной мере являются лишайники. Если Cs137 накапливается на поверхности однолет­ них трав в течение одного вегетационного периода, то в лишай­ никах он накапливается в течение длительного периода времени,, исчисляемого годами. В силу указанных обстоятельств, а также в связи с особенностями структуры лишайников в них накапли­ вается Cs137 больше, нежели в других представителях субаркти­ ческой флоры и в высших растениях. Вместе с тем необходимоотметить, что поступление Cs137 в лишайники и в другие виды растений происходит не только воздушным путем, но и путем миграции его из почвы. Вопрос об особенностях загрязнения Cs137 (и другими изотопами) лишайников, как корма север­ ного оленя представляет большой интерес, о чем свидетельст­ вуют многочисленные отечественные и зарубежные работы

[49—52].

В силу географических, природных и социальных особенно­ стей миграция Cs137 из внешней среды в организм человека в районах Крайнего Севера происходит преимущественно по цепи лишайник — олень — человек. Максимальные концентрации изо­ топа в лишайниках (ягеле) и в мышцах оленей наблюдалисьзимой 1964—1965 гг., т. е. спустя два года после прекращения испытаний, и составляли соответственно 74±6 и 45—80 нкюри/кг сухого вещества. Начиная с зимы 1965—1966 гг., в зонах Со­ ветской Субарктики и северных районов Скандинавии намети­ лось уменьшение содержания Cs137, а к 1968 г. концентрация era в лишайниках и мясе оленей снизилась вдвое [53, 54]. Количе­

года после окончания испытаний [55, 56]. В последующие годы наблюдалось постепенное его уменьшение. Таким образом, спад уровней содержания Cs137 в организме оленеводов отстает на два года по сравнению с тем, который наблюдается у населения Центральных районов страны.

Географическая зона с повышенной миграцией Cs137 по цепи лишайник — олень — человек охватывает широкие просторы Субарктики, включая северные районы скандинавских стран,. Советского Союза (побережье Ледовитого океана от Мурман­ ской области до Чукотки), США и Канады.

Прогрессирующее развитие оленеводства в нашей стране де­ лает проблему Cs137 глобальных выпадений актуальной. Вместе с тем следует подчеркнуть, что в силу особенностей условий жиз­ ни населения Советского Севера реально наибольшему облуче­ нию, связанному с инкорпорированием Cs137, подвергается срав­ нительно ограниченная его группа, представленная преимущест­ венно взрослыми пастухами-оленеводами, ведущими кочевой об­ раз жизни.

1S

Что же касается их семей, ведущих оседлый образ жизни, и ■особенно детей, находящихся в течение длительного времени в школах-интернатах, то дозы облучения их инкорпорированным Cs137 мало отличаются от доз, получаемых аналогичными возрастнылш группами в центральных районах страны [53]. •

Почвенный путь поступления Cs137 в растения в натурных условиях изучен недостаточно. Большинство имеющихся данных в этой области пбдучено в основном в лабораторных условиях с помощью вегетационного метода. Результаты наблюдений и исследований, проводившихся в порядке текущего контроля за радиационной обстановкой в ряде стран, свидетельствуют о том, что в средних широтах длительное поглощение растениями Cs137 из почвы имело меньшее значение, чем аэрогенное загрязнение им растений, а также о том, что Cs137 поглощается растениями

.из почвы в меньшем количестве (в 10 раз меньше), чем Sr90. Последнее обусловлено более интенсивным связыванием Cs137

составными частями почвы [43]. При этом существенную роль играют тип почв, их состав (механический, минералогический, химический), степень водонасыщенности почвенного покрова, вид растений и другие условия [57—62].

Значение воды как фактора, способствующего миграции Cs137 в ткани растений, показано на примере выращивания риса на за­ топляемом участке земли [63—65]. Доказано, что при выращи­ вании риса в воде его зерно накапливает Cs137 в 5;—8 раз боль­ ше, чем при выращивании на сухих землях, а надземные части растений адсорбируют Cs137 из воды в 30—100 раз больше, чем из почвы. Наряду с этим установлено существенно меньшее по­ глощение рисом Sr90 даже на орошаемом участке. Попытки до­ казать в лабораторных условиях обратное, т. е. что влажность почвы не влияет на миграцию из нее в растение таких радио­ изотопов, как Sr90, Cs137, Fe59, Се144 и Y91 [66], являются неубе­ дительными. Кроме влажности на миграцию Cs137 из почвы влияют и другие факторы. Так, внесение калия в почвы с низким содержанием обменного калия оказывает существенное влияние на снижение поглощения растениями Cs137. На почвах, богатых калием, этот эффект проявляется слабо [61, 67, 68]. Обменный кальций также влияет на поступление Cs137 в растения, однако в меньшей степени, чем обменный калий.

Имеются сведения, что некоторые анионы влияют на скорость миграции Cs137 в растения. В частности, добавление в почву ■фосфатов может уменьшать скорость миграции, а сульфаты ока­ зывают обратное действие [44].

В работе [10] сообщается о том, что при одновременном по­ ступлении в почву Sr90 и Cs137 (лабораторный эксперимент) по­ глощение растениями Cs'37 с течением времени уменьшается и может достигнуть 1/40 доли количества поглощенного Sr90. К сожалению, данные об условиях этого эксперимента отсут­ ствуют.

J6

На целинных почвах Cs137, выпавший со стратосферными осадками, на протяжении многих лет остается в верхних слоях почвы, а на пахотных участках ограничивается глубиной вспаш­ ки. Основываясь на таком распределении Cs137 в почве, можно считать, что самые высокие уровни Cs137 и Sr90 обычно обнару­ живаются у тех растений, минеральное питание которых осуще­ ствляется главным образом в верхних слоях.почвы [44]. Разли­ чия в распределении корневой системы по глубине могут приво­

пени загрязненности его компонентов, так и от структуры ра­ циона. В Советском Союзе в первые годы после прекращения испытания ядерного оруж-ия Cs137 поступал в организм человека преимущественно с хлебом и молоком и в меньшей степени с мясом и овощами. С тёчением времени значимость этих продук­ тов в суточном поступлении Cs137 в рацион меняется, что свя­ зано с различной значимостью для каждого из этих продуктов воздушного и’почвенного путей загрязнения. В частности, роль поверхностного загрязнения для хлеба была существенно выше,' чем для молока. В связи с этим по мере снижения уровней вы­ падения Cs137 поступление изотопа с хлебом уменьшается замет­ но быстрее, чем поступление его с молоком [70, 71]. На рис. 1.5 приведена концентрация Cs137 в зерне и молоке в среднем по Со­ ветскому Союзу.

Cs137 и Sr90 выпадают на поверхность земли практически без фракционирования, о чем свидетельствует их отношение в вы­ падениях (1,6), близкое к отношению в момент деления. Однако при дальнейшей миграции изотопов это отношение меняется, причем по-разному для различных пищевых продуктов. Так, со­ держание Cs137 в молоке и зерне более чем в 2 раза превышает содержание в них Sr90, что свидетельствует о предпочтительном поступлении в эти продукты Cs137. Если предположить, что это обстоятельство обусловлено лучшим переходом Cs137 в растения

• при аэрогенном загрязнении [44], то с уменьшением интенсив^- ности глобальных выпадений соотношение Cs,37/Sr90 в продук­ тах питания должно уменьшаться. Некоторым подтверждением этого предположения являются результаты исследований [40, 71], представленные на рис. 1.6. В целом кривая изменения от­ ношения Csl37/Sr90 повторяет кривую уровней выпадения. Послб 1963 г. следовало бы ожидать уменьшение отношения изотопов, поскольку на этот год приходятся максимальные уровни гло­ бальных выпадений. Однако фактические данные по Советскому Союзу не подтверждают этого предположения. Отношение этих изотопов в молоке практически стабилизировалось начиная с

изменение отношения Cs137/Sr90 не соответствует темпам убыва­ ния плотности выпадений, что можно было бы ожидать, если считать, что Cs137 поступает в молоко в основном воздушным путем.

В условиях, когда основным путем загрязнения продуктов питания становится почвенный путь, характер изменения отно­ шения изотопов свидетельствует о том, что поступление в про­ дукты Cs137 превосходит поступление Sr90. Подобное утвержде­

ние нельзя относить ко всем типам почв. Очевидно, что на поч­ вах, прочно фиксирующих Cs137, соотношение будет иным. Од­ нако тот факт, что на обширных территориях содержание Cs137 в пищевых продуктах стабильно остается выше содержания Sr90, требует более тщательной оценки почвенного фактора.

За последние годы на фоне общего снижения уровней содер­ жания Cs137 в растениях и в пищевых продуктах существенно возрастало значение Cs137, мигрирующего из почвы. Это явление обусловлено уменьшением плотности глобальных выпадений и соответственно вклада воздушного пути загрязнения растений Cs137. Наряду с этим в отдельных местах нашей страны и не­ которых зарубежных стран за последние годы отмечалось уве­ личение уровней содержания Cs137 в растениях, молоке и мясе. В частности, подобное явление, обнаруженное в эксперименте с красноземными почвами Боливии [72], в естественных усло-;

2* 19