Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Основы промышленной экологии. Курс лекций
.pdf
Таблица 6.1
Мощность дозы важнейших естественных источников излучения, мбэр/год
Содержание
Источники Т
Космические лучи
14
С
3
H
40
K
87
Rb
238
U
232
Th
Итого 3046,16 100,2 25,33 37,23 21,63
1/2
– – 50 – – –
5730 лет 0,26 – 0,7 1,6 1,6
12,4 года 3,8 – 0,03 0,03 0,03
1,3 · 109 лет 2275,0 24,6 200,0 15,0 15,0
6,1 · 1010 лет 446,3 – – – –
4,5 · 109 лет 210,7 14,5 3,8 12,0 4,0
1,4 · 1010 лет 110,1 11,1 0,8 8,6 1,0
в биосфере
Ku · 10
9
Внешнее
облучение
Гонады
Гаверсовы
каналы
Костный
мозг
По-видимому, эти цифры, дающие нам первый ориентир, не являются случайными. Взаимообусловленность процессов в биосфере,
где «все связано со всем, всюдность» жизни, скорости размножения
организмов, приводящие к мгновенному в геологическом времени
заполнению живым веществом всех экологических ниш – все эти фундаментальные проявления живого вещества в биосфере, эмпирически
обобщенные В.И. Вернадским в его теории биосферы, убеждают нас в
том, что пространственно-временных, причинно-следственных зазоров
между взаимообусловленными процессами в биосфере нет. Разберем в
связи с этим мысленный эксперимент В.И. Вернадского.
Представим себе, пишет В.И. Вернадский, что весь Земной шар
представляет собой питательный бульон и поместим в него одну делящуюся клетку. Через короткое время там будет 4, 8, 16, 32 и т.д.
клеток и практически мгновенно (в геологическом масштабе времени) делящиеся клетки покроют всю поверхность Земного шара. В
этих условиях, чтобы не погибнуть в продуктах своего метаболизма,
клетка должна видоизмениться. Если ей это удастся (может быть, не
с первого раза), то в первичном бульоне будет уже два типа клеток
и….эволюция стартует. Далее после первого монослоя (рис. 6.3) появится второй, третий, четвертый (рис. 6.4). В этих условиях, чтобы
сохранить доступ к питательному бульону, клетки должны дифференцироваться по функциям. Одни клетки должны взять на себя
транспортные функции, другие – функции поддержания пространственной структуры (строительные) и т.д.
Должны в итоге появиться многоклеточные организмы, т.е. эволюция опять же стартует. Из этой логики рассуждений следует ряд
выводов.
91
Рис. 6.3
Рис. 6.4
1. Эволюция неизбежна везде, где есть подходящие условия су-
ществования живых клеток.
2. Живое вещество сначала должно заполнить (целиком, без ос-
татка) всю доступную экологическую нишу и только после этого
появится стимул к усложнению и эволюция стартует.
3. Следовательно, эволюция возможна только в ограниченном
(замкнутом) пространстве.
Если представить, что питательный бульон имеет форму не по-
верхности шара, а бесконечен в пространстве, то стимула к эволюции
не возникнет, просто живое вещество будет распространяться и распространяться. И более ничего не будет происходить кроме этого
распространения в бесконечность.
4. Следовательно, эволюция возможна только в условиях гравита-
ции, которая формирует вещество в шарообразные тела.
92
5. В открытом космосе эволюция невозможна, даже если бы уда-
лось каким-то образом устранить высокий фон радиации. До сих пор
в открытом космическом пространстве обнаружены молекулы не
сложнее формальдегида. Возможно, это предел. Итак, эволюция неизбежна, если: а) есть подходящие условия, б) есть первая делящаяся
клетка. Откуда она может взяться? Тут мы имеем два варианта.
Первый. Эта клетка прилетела из глубин космоса внутри метеорита, вещество которого защищало ее от радиации. В последнее время
появились сообщения, что итальянским ученым удалось оживить
микроорганизм из метеорита и он начал делиться. Если эти сообщения подтвердятся, то идея панспермии, существовавшая с древности
и вновь высказанная полтора века назад С. Аррениусом, получит
подтверждение.
Второй. Жизнь зародилась на Земле в первичном океане путем
постепенного усложнения предбиологических молекулярных структур после того, как радиация на поверхности Земли снизилась до определенного уровня. Но ведь в первичном океане Земли неизбежно
также существовало термодинамическое равновесие, и более сложные молекулярные структуры вплоть до предбиологических и клеток, случайно образовавшись в результате столкновений, могли сохраниться только в том случае, когда в этой равновесной системе
действовал бы некий фактор, нарушающий равновесие (причем в
пользу более сложных молекул).
Такой фактор имеется. Это совокупное поле излучения живого
вещества от всех обитаемых миров в пространстве.
Здесь мы привлекаем для своих рассуждений две гипотезы, достоверность которых по современным представлениям весьма велика.
Первая гипотеза – все живое излучает. Излучения растений, животных и микробных сообществ является экспериментальным фактом.
Вспомним хотя бы эффект Казначеева. (Две герметически закрытые
стеклянные банки с двумя колониями одного штамма микроорганизмов прислонили друг к другу крышками так, что обе колонии только
«видели» друг друга, другие контакты были исключены. Одну колонию убили каким-то сильно действующим ядом. Другая колония тоже погибла.) Есть и другие не менее впечатляющие экспериментальные факты.
Вторая гипотеза – о множественности обитаемых миров – достаточно общеизвестна, так что нет необходимости что-либо добавлять к уже сказанному.
93
Трудность в использовании обеих гипотез состоит в том, что при-
рода этого (назовем его условно биологическим) излучения не установлена, а раз так, то современная научная парадигма его не считает
достоверным. Как ни удивительно с точки зрения элементарной логики, но современная научная парадигма именно такова – если механизм явления неизвестен, то сам факт существования явления считается достоверно не доказанным.
Теперь достаточно одного явления резонанса, чтобы представить,
что это совокупное излучение обитаемых миров, проникая через два
окна прозрачности атмосферы, присутствовало на поверхности первичного океана Земли и избирательно стабилизировало только те молекулярные структуры, которые соответствовали конфигурации молекул живого вещества. Таким образом в этом втором варианте нет
необходимости в панспермии. Через необъятные просторы космоса
переносится не живое вещество в виде микроорганизмов в латентном
состоянии, а информация о нем в виде набора частот совокупного
биологического излучения обитаемых миров.
Таким образом, объяснив происхождение земной жизни, мы, од-
нако, не объяснили происхождения жизни вообще, а лишь отодвинули эту проблему на границы известной нам Вселенной.
Современный уровень радиации на поверхности Земли, принимаемый в среднем ∼ 125 мбэр/год (или 5,5 мкр/ч), складывается из
трех составляющих: космического излучения, наведенного излучения и излучения рассеянных в земной коре радиоактивных изотопов
(см. табл. 6.1). Главную часть естественного фона радиации составляет излучение рассеянных радиоизотопов, которые образовались
вместе с Землей, вошли в состав всех ее основных пород и распределены в земной коре. Период их полураспада, как правило, соизмерим
с возрастом Земли (4,5…5 млрд лет). Важнейшие из них K
40
, Rb
87
, а
также продукты распада радиоактивных семейств урана и тория.
Общее их количество в биосфере оценивается в настоящее время ве-
12
личиной 3⋅10
Ku.
Естественный фон радиации на поверхности Земли не является
строго постоянной величиной. Вариации его, связанные или с изменением космического фона (смена полюса геомагнитного поля), или с
прерывисто-глобальными аномалиями в коре, имели место в геологическое и даже в историческое время. Кроме таких глобальных аномалий, которым сопутствуют в геологической истории Земли эпохи усиленного видообразования, местные превышения фона, достигающие
94
наиболее вероятных значений не более двух-трехкратных, являются,
как правило, относительно кратковременными и локальными.
Например, 1 млн жителей столицы Перу Лимы, расположенной на
высоте 4 тыс. м над уровнем моря, живут при трехкратном космическом фоне радиации, т.е. суммарный радиационный фон для них составляет 50 ⋅ 3 + 75 = 225 мбэр в год, это почти вдвое выше, чем в
среднем по Земле. В ряде районов Индии, Бразилии, Габона, Средней
Азии и в других аналогичных районах Земли люди длительное время
живут в условиях повышенной естественной радиации. На аттоле
Эниветок в Тихом океане, где в 50-е годы производили испытания
американского ядерного оружия, в 1975 г. было разрешено поселиться коренным жителям, которые около двух лет жили там в условиях
повышенной радиации, однако в 1977 г. они были вторично эвакуированы с аттола.
Генетические наблюдения и генетические исследования подобных
контингентов людей с обязательным привлечением исторических
материалов, возможно, дадут в будущем обнадеживающие данные в
смысле строго научного определения уровня безопасной для человека ГЗД радиации. Но несомненным является то, что генетические
последствия вариаций радиационного фона на поверхности Земли
всегда имели возможность эффективно растворяться в соседних, генетически связанных популяциях. Следует подчеркнуть, что ни о
какой генетической изоляции каких-либо этносов на протяжении известного нам исторического периода на Земле не может быть и речи.
Накопленный в человеческих популяциях груз рецессивных изменений, являющихся результатом динамического равновесия процессов
образования и элиминации мутаций, проявляет большую устойчивость под воздействием внешних факторов. Требуется большое число поколений людей для того, чтобы постоянно действующий мутагенный фактор нарушил это устойчивое равновесие. Практически
необходима генетическая изоляция этноса в течение 1500…2000 лет
и более, чтобы такие изменения могли произойти, а этого мы не наблюдаем в известной нам истории ни для одного этноса.
Реально изолированной от Старого Света была, быть может, доколумбовская Америка, но это достаточно крупный и этнически разнообразный регион, который в рассматриваемом аспекте является
отдельным миром, лежащим на всех широтах одного полушария, в
котором локальные временные или пространственные вариации естественного радиационного фона могли происходить в таких же условиях этнических связей популяций, что и в Старом Свете.
95
Что касается живого мира (растения, животные, протисты), то
представления о генетической изоляции каких-либо популяций находятся в противоречии с фундаментальными свойствами живого
вещества на всех уровнях его организованности – заполнять под действием большого «напора жизни» все экологические ниши биосферы, и для этого процесса даже океаны Земли никогда не были препятствием.
Итак, наличие вариаций естественного фона радиации на поверх-
ности Земли не меняет общей картины явления, которая состоит в
том, что все виды высших животных, включая млекопитающих и человека, подавляющее время из последних 450 млн лет находились,
сформировались и эволюционно развились при практически постоянном уровне естественного радиационного фона, равном современному, значение которого необходимо считать фундаментальной константой высокоразвитой биосферы.
Этот эмпирический факт так же надежен и точен, как надежны и
точны наши знания законов радиоактивного распада атомов.
Исходя, из изложенных эволюционных соображений мы должны
принять современный уровень естественного радиоактивного
фона в качестве единственного имеющегося в настоящее время в
нашем распоряжении критерия безопасной для человека генети-
чески значимой дозы облучения, а критерием опасности считать
степень превышения этой дозы.
Таблица 6.2
Сопоставление параметра A/Z с распространенность
элемента в живом организме
Элемент A/Z
H 1 10,5 K 2,06 0,3
O 2 70 P 2,06 0,07
C2 18
Ca 2 0,5 Rn 2,53 10
N 2 0,3 Ra 2,57 –
S 2 0,05 Th 2,58 –
Si 2,01 0,2 U 2,59 10
Mg 2,02 0,04 Pu 2,60 –
Содержание в живом
веществе, % масс
Элемент A/Z
.. .
Содержание в живом
веществе, % масс
Косвенное подтверждение этого вывода мы получим, расположив
элементы периодической системы Менделеева в порядке возрастания
отношения A/Z, характеризующего неустойчивость ядра (табл. 6.2 и
рис. 6.5). С удивительной избирательностью, не составляющей ни
96
единого исключения (кроме инертных газов, не вступающих в соединения), жизнь выбрала для построения живых организмов наиболее стабильные элементы и отвергла радиоактивные изотопы, которые все занимают последние места этого ряда.
Рис. 6.5
Где-то между естественным фоновым уровнем и определенно
вредной дозой, постепенно выявляемой по результатам лабораторных исследований, возможно, и имеется доза, генетически безопасная для человека, но строгое научное определение ее является делом
будущего.
Полученный вывод указывает на то, что единственным критерием
радиационной безопасности может считаться только уровень естественного радиоактивного фона. Однако в настоящее время в большинстве публикаций в научной и особенно в технической литературе
молчаливо ориентируются на ПДД как на безопасный для человека
уровень радиации. Именно таков точный этимологический смысл
слова «допустимый». Именно так и определяется ПДД: «Годовой
уровень облучения, не вызывающий при равномерном накоплении
дозы в течение 50 лет обнаруживаемых современными методами неблагоприятных изменений в состоянии здоровья самого облучаемого
и его потомства» (НРБ-69 – Нормы радиационной безопасности,
97
1972). Формулировка, логически непротиворечивая, но совершенно
беспомощная, так как обнаружить и зафиксировать какие-либо изменения мы сможем, только обследовав большие контингенты людей
нескольких поколений. Эту формулировку можно также упрекнуть в
неопределенности, связанной с использованием терминов «современные методы», «неблагоприятные изменения в состоянии здоровья», и отсутствием указаний на количество поколений потомства.
Принятый в НРБ-69 уровень генетической ПДД (генетически зна-
чимая доза радиации) для всего населения составляет 167 мбэр/год от
всех источников, не считая медицинского облучения и природного фона
радиации. Доза, получаемая каждым человеком в результате медицинского обследования, в среднем принимается равной 100 мбэр/год. Вместе с естественным фоном 125 мбэр/год сумма этих трех цифр составляет 392 мбэр/год, т.е. более чем втрое выше естественного фона. В последующих «Нормах радиационной безопасности» – НРБ-76, НРБ-82,
НРБ-96 понятие ГЗД отсутствует, нормированы только ПДД для персонала, непосредственно работающего с ионизирующим излучением,
и «предел дозы» для ограниченной части населения.
На основе этих норм рассчитываются ПДК радиоактивных отхо-
дов, которые разрешается сбрасывать в окружающую среду, включая
их таким образом в биосферный круговорот веществ, последствия
которого для генетических структур человеческой популяции мы
сейчас оценить не в состоянии.
Ситуация с существующими ПДК нуждается в пояснении. Они
устанавливаются как для радиоактивных, так и для обычных химических веществ, но смысл ПДК для радионуклидов принципиально
иной и сравнивать их нельзя.
Химически вредные вещества воздействуют на клетки организмов
с энергией, сравнимой с энергией химической связи атомов в молекуле (единицы или десятки электрон-вольт). Поражающее действие
радиоактивных веществ заключается в бомбардировке клеток организма высокоэнергетическими частицами. При попадании в клетку
выделяется энергия в сотни, тысячи и миллионы электрон-вольт, намного превосходящая энергию химической связи. При этом наряду с
ионизацией возникают вторичные излучения: свободные электроны,
ультрафиолетовые, гамма- и рентгеновские кванты. Они также взаимодействуют со структурами клетки и являются причиной огромного
разнообразия процессов, в течение которых образуются ионы, возбужденные атомы, молекулы и их осколки.
98
В последние годы публикуется большое количество материалов,
относящихся к способам лечения радиационного поражения. Все они
касаются лечения соматического поражения, лечения различных раковых заболеваний или способов ослабления патологических последствий облучения. Способов лечения пораженных генетических
структур (а вернее сказать, восстановления их) мы не знаем. Известен механизм удвоения ДНК, когда каждая из разошедшихся нитей
подбирает, строит недостающую свою половинку из различных молекул–сахаров, фосфатов, гетероциклических оснований и других,
плавающих в окружающей ДНК среде по законам химического сродства. Наличие этого механизма позволяет заключить, что пораженная
ДНК может самостоятельно восстановиться, если поражена только
одна половина ее спиральной молекулы, так как вторая сохранившаяся половина имеет код, по которому может осуществиться восстановление. В случае полного разрыва двойной нити или разрушения некоторого участка двойной нити код теряется и восстановление
невозможно. Более того, если бы восстановление пораженной двойной структуры было бы возможно, то это означало бы принципиальную возможность элиминации мутагенеза, а вместе с ним изменчивости и приспособляемости организмов.
Другим отличием радиационного воздействия от химического является его вероятностный характер. Смысл его обычно поясняют
примером бросания монетки или игральной кости. Вероятность того,
что при первом же бросании игральной кости выпадет шестерка, мала, но она не равна нулю. Точно также вероятность попадания первой же ионизирующей частицы в жизненно важную часть клетки
(ядро) есть величина вполне определенная. Это свидетельствует о
том, что ионизирующая радиация является беспороговой по своему
действию. Любые малые дозы облучения вплоть до одной единственной частицы вредны, и нет такой дозы, которую организм «переносит» без последствий.
Следующее отличительное свойство ионизирующего излучения состоит в его кумулятивности. Вероятность выпадения шестерки при десятом бросании игральной кости выше, чем при первом, а при сотом
бросании она еще выше. Точно также вероятность попадания сотой частицы в ядро клетки выше, чем первой, а тысячной еще выше. Вероятность суммируется. По этой причине действие излучения на гены кумулируется за весь период сохранения способности к воспроизведению
потомства. Скрытый характер генетического поражения не позволяет в
течение длительного периода ощутить последствия появления в био-
99
сфере искусственной радиации в результате накопления радиоактивных
загрязнений. Эти последствия человечество сможет достоверно оценить
в ХХI веке, а может быть, и в еще более отдаленном будущем.
И наконец, еще одно свойство радиоактивных загрязнений. В от-
личие от химических, мы их пока не можем уничтожить. В этом
смысле неудачны термины «дезактивация», «обезвреживание», широко используемые в технической литературе. Согласно точному
этимологическому смыслу и по аналогии с химическим обезвреживанием они означают уничтожение делящихся ядер, чего мы пока
сделать не можем. Можем только принципиально: в таких устройствах, как синхрофазотрон, и в количествах считанного числа атомов,
не имеющих практического значения для проблемы обеспечения радиационной безопасности населения. А неспециалистов эти термины, вероятнее всего, просто вводят в заблуждение.
Попадая в биосферу, делящиеся материалы с большим периодом
полураспада не могут никуда исчезнуть, они накапливаются в почве,
в донных отложениях водоемов, мигрируют по пищевым цепочкам,
концентрируются в телах растений и животных (иногда в отношении
1:10000 и выше) и в конце концов неизбежно попадают в организм
человека, который сам является элементом биосферы. Таким образом, сбрасывая в биосферу радиоактивные отходы в количествах,
меньших ПДК, человек может получить их обратно в сконцентрированных количествах, превышающих ПДК.
Перечисленные свойства излучений делящихся материалов указывают на условность концепции ПДК для радиоактивных веществ.
Что все-таки можно сделать, чтобы защититься или хотя бы ослабить действие радиоактивного загрязнения?
Рожать детей раньше, чтобы накопленная доза у будущих родителей в момент зачатия была меньше.
В домах сооружать защитную металлическую прослойку, которая
снижала бы уровень радиации в помещениях до естественной – 5,5 мкр/ч.
Нужна национальная программа массовой жилой застройки, которая
учитывала бы эту необходимость. При промышленных методах
строительства удорожание не должно быть большим.
Начать выпускать памперсы с защитным металлическим или металлизированным слоем, который защищал бы гонады хотя бы у
грудных детей, которые еще лежат в колыбелях.
Наверное можно и еще что-нибудь придумать в таком же духе,
допустим, детские коляски с защитным слоем и т.д.
100
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]