Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Биоэкология. Учебное пособие
.pdf
(беспозвоночного), потребляемой в пищу хищником, скорректирован-
ная для рассматриваемого вида;
ВСF – фактор биоконцентрации,
жертва
представляющий отношение концентрации в беспозвоночном (жертве)
и концентрации в почве, ppm.
7.7. ИОНИЗИРУЮЩЕЕ ИЗЛУЧЕНИЕ
Изучение радиоактивности обусловило возникновение ряда новых
научных дисциплин – радиобиологии, радиохимии, радиоэкологии,
радиационной генетики и других. Возникла и новая болезнь –
диофобия
, когда термин «радиация» вызывает панический страх у це-
ра-
лых групп населения.
От 30 до 80 % электроэнергии промышленно развитых стран вырабатывается на атомных электростанциях. Доля облучения населения от
АЭС не превышает 0,1 % от естественного и составляет менее 1,0 %
средней дозы, получаемой при медицинских исследованиях.
Рассмотрим подробней виды и источники ионизирующего излучения (ИИ) в
бытовой, производственной и окружающей среде: промышленные предприятия, научно-исследовательские институты, медицинские учреждения используют различные источники ионизирующего излучения.
Ионизирующее излучение (ИИ) – это вид энергии, высвобождае-
мой атомами в форме электромагнитных волн (гамма- или рентгеновское излучение) или частиц (нейтроны, бета или альфа) способные
ионизировать вещество. Спонтанный распад атомов называется
активностью
, а избыток возникающей при этом энергии является
радио-
формой ионизирующего излучения. Нестабильные элементы, образующиеся при распаде и испускающие ионизирующее излучение, называются
радионуклидами. Все радионуклиды уникальным образом
идентифицируются по виду испускаемого ими излучения, энергии излучения и периоду полураспада.
В зависимости от типа радионуклидов, обуславливающих радиоак-
тивное загрязнение (характера их распада) различают следующие
группы ионизирующего излучения:
1) Все виды электромагнитного излучения, х
арактеризующиеся
высокими значениями энергии гамма-квантов.
Рентгеновское излучение, обусловленное переходом электронов на
внутренних оболочках атомов при длине волны 2 · 10
–7
…6 · 10
–10
см.
71
Гамма–излучение, возникающее в результате внутриядерных ре-
акций при длине волны 2 10
-8
…5 10
-12
см, между этими двумя вида-
ми радиации нет четкой границы.
Электромагнитное.
2) Корпускулярные потоки: альфа-частиц, электронов, протонов,
нейтронов, осколков деления ядер. Источниками корпускулярного излучения являются радиоактивные ядра и ускорители различных типов,
в которых ускорение заряженных частиц осуществляется электрическим полем.
-излучение. Частицы, положительно заряженные ядра атома Не
(гелия).
Ионизирующая способность велика, образуют около 3000 пар
ионов на 1 см пробега в воздухе. Проникающая способность мала, в
воздухе пробегает до 20 см, в воде, живой ткани ещё меньше. Оседает
на поверхности кожи человека, не причиняя вреда. Особенно опасна
при попадании во внутрь организма с пищей
-излучение. Частицы, отрицательно заряженные электроны, пози-
, водой и воздухом.
троны.
Ионизирующая способность меньше -частиц, порядка 130-200 пар
ионов на 1 см пробега в воздухе. Проникающая способность выше, чем
у -частиц, пробегает в воздухе десятки метров. Проникает на глубину
кожи, вызывая радиационные ожоги. Особенно опасны при попадании
внутрь организма.
γ-излучение.
Электромагнитное излучение с короткой длиной волны, γ-кванты. Имеет невысокую ионизирующую способность, до
130 пар ионов на 1 см пробега, имеют высокую проникающую способность. Способны проходить через многие материалы, в том числе через
человека. Опасно при действии из внешних источников.
Виды доз излучения:
Экспозиционная доза
– применятся для оценки обстановки на
местности в рабочем и жилом помещениях, и показывает количество
образующихся ионов в объtме сухого воздуха.
Кл/кг – системная СИ; рентген (Р) – внесистемная.
Поглощенная доза – количество энергии, поглощённое облучён-
ным веществом, рассчитанное на единицу массы этого вещества.
1 дж/кг = 1 Гр (Грей)
РАД = 0,01 Гр
радиационная адсорбционная доза (1 Гр = 100 рад)
72
Эквивалентная доза – применяется для оценки биологического
воздействия в различных видах ионизирующих излучений. Единица
измерения.
Зиверт (Зв) 1 Зв = 100 БЭР
БЭР – биологический эквивалент рентгена.
1 БЭР = 1 Р*К, где К зависит от биологического эффекта ИИ, К –
коэффициент качества, показывающий во сколько раз оцениваемый
вид излучения опаснее рентгеновского.
(для γ-излучения);
К 1
К 13
(для β-излучения);
К 20
К 310 (для нейтронного вида излучения)
нейтр
(для -излучения);
Действие ионизирующего излучения на организм
Ионизирующее излучение не воспринимается непосредственно органами чувств человека и последствия радиационного поражения в абсолютном большинстве случаев проявляются не сразу.
Наиболее радиочувствительными органами являются (по мере
уменьшения чувствительности):
Половая сфера, красный костный мозг
Мышцы, ЩЖ, жировая ткань и др. органы
Кожный покров, костная ткань, кисти, предплечья, стопы.
Радиационное повреждение тканей и органов зависит от полученной дозы облучения или поглощенной дозы. Различают несколько эффектов радиации при действии на живой организм:
Соматические эффекты радиации вызваны прямым воздействи-
ем радиации на живой организм. Радиоактивное излучение проникает
в ткани и способно разрушать молекулы в составе клеток.
Стохастические (вероятностные) эффекты: лучевая болезнь,
лейкозы, опухоли (не зависит от дозы).
Нестохастические эффекты – поражения, вероятность которых
растет по мере увеличения дозы облучения. Существует дозовый порог
облучения зависят от дозы.
Генетические эффекты – 100 % доза летальности при облучении
всего тела 6 Гр, доза 50% выживания – 2,4-4,2 Гр. Лучевая болезнь –
более одного Грея.
73
Период восстановления продолжается 3-4 месяца. Повышенной
опасностью обладают радионуклиды, попавшие внутрь (с пищей, воздухом, водой). Биологические периоды выведения радионуклидов из
внутренних органов колеблется от нескольких десятков суток до бесконечности.
Сочетанные лучевые поражения
Сочетанными
называют совместное воздействие внешнего γоблучения и радионуклидов, попадающих на кожу или внутрь организма. Основными путями проникновения радиоактивных изотопов
внутрь организма являются органы дыхания и пищеварения, а также
раневые и ожоговые поверхности.
При
острой лучевой болезни, вызванной сочетанными поражени-
ями, более выражены воспалительные изменения покровных тканей,
на которые попадают радионуклиды, менее продолжителен латентный
период и существенное удлинение периода выздоровления, развивается более выраженное угнетение кроветворения. Кроме того, инкорпорированные радионуклиды проявляют тропность к определённым органам: почкам (уран), щитовидной железе (йод), костям (стронций, иттрий, цирконий),
печени (церий, лантан). Остеотропные элементы приводят к лучевому некрозу кости, развитию злокачественных опухолей,
особенно остеосарком и лейкемий. Во внутренних органах с депонированными радионуклидами постепенно нарастают
фибропластические
изменения и атрофия паренхимы с последующим развитием функцио-
нальной недостаточности поражённого органа.
Комбинированные лучевые поражения, вызванные облучением и
травмой
(механическое воздействие, ожоги, огнестрельное ранение).
При этом травматическое и лучевое поражения отягощают друг друга
(«синдром взаимного отягощения»).
В течение болезни выделяют четыре периода:
Острый период (период первичной реакции на лучевое и нелуче-
вое поражение). Доминируют признаки травмы: травматический или
ожоговый шок, кровотечение. Клиника травмы маскирует симптомы
облучения, поэтому важное диагностическое значение имеет исследование периферической крови – абсолютная лимфоцитопения указывает
на лучевое воздействие.
Период превалирования не лучевых симптомов поражения. Ла-
тентные проявления лучевых эффектов укорочены. При облучении в
дозе более 6 Гр лучевые симптомы доминируют в картине болезни.
74
Период преимущественно лучевых симптомов поражения. Со-
стояние больных резко ухудшается, быстро развиваются лучевые
осложнения, особенно геморрагический синдром. Активизируется и
нередко генерализуется раневая инфекция. Прогрессирует гипопластическая анемия, развивается агранулоцитоз.
Период восстановления характеризуется медленным заживлением
ран и ожоговых поверхностей. Необходимо знать
болезни
:
степень лучевой
Легкая 100 – 200 Р, излечивается без особых последствий для чело-
века;
Средняя 200 Р – требуется обязательное лечение;
Тяжелая 300 - 500 Р, смертельный исход в 30 % случаев;
Сверхтяжелая – 500 – 600 Р, смерть в 80 % случаев.
Эффект облучения человека определяется следующими парамет-
рами:
– величиной эквивалентной дозы;
– способом облучения: разовое облучение или дробное;
– временем облучения;
– размером облученной поверхности (при Д = 4,5 Гр, облучение
2
6 см
поверхности тела не приведет к поражению организма в целом,
тогда как при облучении этой же дозой всего тела – смертельные случаи в 50 %);
– местонахождением источника радиации – вне или внутри орга-
низма.
Говоря о радиационном воздействии, необходимо также знать о
естественном радиационном фоне Земли.
Естественный радиационный фон среды обитания живого веще-
ства обусловлен:
– космическим излучением;
– радиоактивными элементами, присутствующими в почвах, гор-
ных породах, воде и воздухе.
Космическое излучение делится на первичное и вторичное.
Первичное излучение – представляет потоки высокоэнергетиче-
ских атомных ядер и элементарных частиц. При взаимодействии первичных космических частиц с ядрами элементов атмосферы образуются потоки вторичных космических лучей. В
первичное
излучение
, в нижних слоях атмосферы – вторичное космическое
.
стратосфере преобладает
75
С увеличением высоты мощность эквивалентной дозы облучения
возрастает за счет космических лучей, так как снижается экранирующее влияние атмосферы. Космическое излучение в большинстве районов Земли составляет около 40 % естественного радиационного фона
(ЕРФ).
К
естественным радиоактивным элементам литосферы отно-
сятся: рубидий-87, калий-40 и, главным образом, элементы радиоактивных рядов урана-238, тория-232. Из них наибольшей активностью
обладают радий-226, радон-222, свинец-210. Величина среднего значения мощности экспозиционной дозы γ-облучения естественного радиационного фона (ЕРФ), обусловленного радионуклидами и космическим излучением равна 10 мкР/час. Свыше 90 % населения Земли проживает в
условиях среднего уровня ЕРФ.
На территории России по величине дозы гамма-излучения выделены:
– зоны пониженной природной радиации (до 600 мкЗв/год);
– умеренной радиации (600 – 900 мкЗв/год);
– повышенной радиации (900 – 1250 мкЗв/год);
– высокой радиации (свыше 1250 мкЗв/год).
Север Европейской и большая часть Азиатской территории расположена в пределах
ропейской части Федерации, Урал, Западная Сибирь). Зона
ной радиации
пониженной и умеренной зон радиации (юг Ев-
повышен-
включает степную часть Предкавказья, Восточное За-
байкалье и Дальний Восток.
Менее 1,5 % территории России занимают разрозненные участки с
высокими природными радиационными нагрузками (на Кольском полуострове, Горном Алтае, Кавказе).
Радиоэкологические условия г. Новосибирска обусловлены тем,
что значительная часть города расположена в пределах
сокорадиоактивных гранитов,
обнажающихся по берегам и в пойме
массива вы-
реки Оби, а также в карьерах строительного камня. Высокий уровень
радиоактивности гранитов обусловлен концентрацией в них
до 20–40 г/т,
тория – 12–25 г/т, калия – до 4–5 %.
урана –
На участках жилой застройки и промзон естественный гамма-фон
повышен до 10–12 мкР/ч за счет использования строительных материалов с повышенным содержанием естественных радионуклидов.
Наиболее низкий гамма-фон, 6–8 мкР/ч, характерен для заболоченных участков и стариц в долине реки Оби. На территории города и
76
его ближайших пригородов выявлено около 200 участков радиоак-
тивного техногенного загрязнения
Основной
дозообразующий фактор г. Новосибирска является ра-
дон и его дочерние продукты распада.
неаварийного характера.
Таким образом, высокая сте-
пень радонового риска для г. Новосибирска определяется:
1. Присутствием на незначительных глубинах высокорадиоактив-
ных гранитов.
2. Расположением значительной части города в местах с наличием
высокорадоновых вод, формирующихся в окислительной обстановке на
подземных участках интенсивно эманирующих зон.
Концентрация
радона в подземных водах некоторых территорий
достигает нескольких тысяч Бк/дм3. Содержание урана и радия в водах
не превышает фоновых значений.
7.8. РАДИОАКТИВНОЕ ЗАГРЯЗНЕНИЕ
ПРИРОДНОЙ СРЕДЫ
Быстрое развитие атомных технологий, атомные бомбардировки
японских городов, длительный период испытания ядерного оружия,
широкое внедрение источников ионизирующего излучения в научные
исследования, промышленность и медицину создали реальную угрозу
радиационного загрязнения окружающей среды.
Радиоактивное загрязнение – это загрязнение окружающей сре-
ды, а также продовольствия, пищевого сырья, кормов и различных
предметов радиоактивными веществами в количествах, превышающих
уровни, установленные Нормами радиационной безопасности и Основными санитарными правилами обеспечения радиационной безопасности (ОСПОРБ).
Радиоактивное загрязнение биосферы – это попадание радиоак-
тивных веществ (РВ) в живые организмы и среду их обитания (атмосферу, гидросферу, почву), происходящее в результате ядерных взрывов, удаления в окружающую среду радиоактивных отходов, разработки радиоактивных руд, при авариях на атомных предприятиях и т.д.
Радиоактивное загрязнение может быть обусловлено
причинами и источниками
:
различными
ядерные взрывы как в целях испытания ядерного оружия, так и в
мирных целях. Ядерный взрыв мощностью в 1 кт тринитротолуола
(ТНТ) дает 60 г радионуклидов, активность которых через год равна
104 Ки;
77
загрязнение вод Мирового океана радиоактивными отходами
(мораторий на слив РВ в поверхностные воды в 1986 г.);
авария даже на одной АЭС может привести к катастрофе гло-
бального масштаба (активность радионуклидов выброса на ЧАЭС –
100 млн Ки);
тепловые электростанции, работающие бурых углях (Уран, то-
рий и дочерние продукты их распада) концентрируются в продуктах
сгорания, рассеиваются пылегазовыми выбросами на прилегающих к
ТЭЦ территориях, накапливаются в золоотвалах;
захоронение радиоактивных отходов, в том числе отработанных
реакторов;
прямой источник радиоактивного загрязнения является атомное
оружие
потерпевших аварию самолетов и атомных подводных лодок;
использование источников ИИ в медицине, научных исследо-
ваниях и в производстве светосоставов, для измерительной и контроль-ной аппаратуры.
Пути попадания радиоактивных веществ в организм человека:
с поверхности почвы и из атмосферных выпадений РВ попадают в растения – продвигаясь по пищевым цепям – в организм животных –
а вместе с их мясом и молоком – в организм человека.
90
Sr попадая в организм, может накапливаться в костной ткани, за-
мещая естественно находящийся там кальций (стронций – антагонист
кальция).
При прохождении по пищевым цепям происходит значительное
повышение их концентрации (биоаккумуляция) в биологических объектах по сравнению с содержанием их в окружающей среде.
7.9. ЗАГРЯЗНЕНИЕ ПРОМЫШЛЕННЫМИ
И МУНИЦИПАЛЬНЫМИ ОТХОДАМИ
Одной из важнейших проблем человечества на сегодняшний день
является загрязнение природной среды отходами. Общее количество
отходов, образующихся в планетарном масштабе, уже превысило
100 млрд. тонн в год и с каждым годом неуклонно увеличивается. Парадоксально, но: чем выше уровень развития государства, тем больший объем отходов приходится на каждого его жителя.
Отходы – это остатки сырья, материалов, продуктов, полуфабрика-
тов, которые образовались в процессе производства или потребления,
78
а также товары (продукция), утратившие свои потребительские
свойства.
По происхождению отходы подразделяют:
Промышленные отходы – не пригодные для производства данной
продукции компоненты или фракции сырья или возникающие в ходе
технологического процесса вещества (в том числе в результате очистки газов и сточных вод), не утилизируемые в данном производстве.
Бытовые отходы (ТБО) – (коммунальные, отходы потребления) –
это твердые отбросы и не утилизируемые в быту вещества, образующиеся в результате самой жизни человека (включая общественные места: столовые, больницы, прачечные, бани и соответствующие бытовые объекты промышленных предприятий).
Промышленные отходы образуются при добыче твердых полезных
ископаемых, основными отходами являются пустая порода и некондиционные
руды. Отходы складируются (зачастую бессистемно) на открытых территориях вокруг рудников и карьеров в виде безжизненных
отвалов. Например, терриконики угольсодержимых пород, часто самовозгорающихся и отравляющих ядовитыми газами (метан, сероводород) окружающие территории.
Отходы горнообогатительных комбинатов. Образуются на ста-
дии обогащения добытых руд большая масса часть их массы также переходит в отходы в виде тонко измельченного материала, состоящего
из токсичных минеральных примесей (мышьяка, свинца, фтора и др.),
складирующихся в выполняемых по типу водохранилищ хвостохранилищах. После проектного заполнения они засыпаются землей.
Отходы черной и цветной металлургии машиностроения. На
металлургических предприятиях образуются большие количества плавильных шлаков, пылевых отходов, выделяемых из газов, и различных
осадков, образующихся при очистке промышленных сточных вод.
Для машиностроения основными отходами являются черный и
цветной лом, флюсы, пластмассы, осадки соединений железа, хрома,
меди, цинка, кадмия, никеля, выделяемых при очистке сточных вод и
концентрированных отработанных электролитов
).
ТЭЦ и котельные станции. Образуются горы золоотвалов, в
угольной золе которых происходит существенное концентрирование
содержащихся в исходном топливе вредных элементов (цветные и тяжелые металлы, включая радиоактивные. Дополнительная опасность
таких золоотвалов обуславливается тем, что они, как правило, находятся в черте населенных пунктов).
79
По классу опасности отходы подразделяются на:
– неопасные (нетоксичные) – это отходы добывающей и перераба-
тывающей промышленности, а также строительный мусор
– опасные (токсичные), которые в зависимости от степени их
вредного воздействия на окружающую природную среду и здоровье
человека подразделяются на
пять классов опасности
I класс – чрезвычайно опасные отходы;
II класс – высокоопасные отходы;
III класс – умеренно опасные отходы;
IV класс – малоопасные отходы;
V класс – практически неопасные отходы.
Определение класса опасности многокомпонентных отходов проводят расчетными методами с использованием критериев вредного
воздействия содержащихся в них веществ на окружающую среду и организмы.
Если известны ПДК рассматриваемых веществ в
почве, то расчет
класса опасности отхода (К) проводится по формулам:
ПДК
1
К
1
Sb
1
KK
n
,
11
n
1
2
1
,
где
ся в отходе;
ства в почве, мг/кг воздушно сухой почвы;
– безразмерный индекс опасности i-го вещества, содержащего-
К
1
– предельно допустимая концентрация i-го веще-
ПДК
1
– безразмерный коэф-
S
1
фициент, отражающий растворимость i-го вещества в воде: по справочникам или экспериментально находят, сколько граммов вещества
растворяется в 100 г воды, и делят это значение на 100;
ние i-го вещества в общей массе отхода, m/m;
значениям
которых определяют индекс опасности всей массы от-
К
1
n – число веществ, по
– содержа-
b
1
хода (К).
Муниципальные отходы. Муниципальные отходы предпочти-
тельнее термина «Бытовые отходы», так как помимо отходов, производимых населением;
80
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]