1. Природный радиационный фон

Радиация солнца породила жизнь на Земле. Биосферу можно рассматривать как продукт преобразования солнечной энергии в энергию живого вещества, т. е. биомассы всех организмов, населяющих планету.

С физической точки зрения солнечная радиация состоит из волн разной длины. Лучистую энергию растения используют избирательно. При фотосинтезе они потребляют лучи с длиной волны от 380 до 740 нм. Область солнечного спектра, используемая растениями для фотосинтеза, получила название фотосинтетически активной радиации (ФАР).Со стороны более коротких волн к ФАР примыкаетультрафиолетовая радиация (УФ), а более длинныхинфракрасная (ИК).

Проходя расстояние от Солнца до поверхности Земли, солнечная радиация сильно изменяется. Одна часть лучей отражается и поглощается облаками и аэрозолями, другая – отбрасывается в виде рассеянного света. На внешней границе атмосферы Земли интенсивность солнечной радиации составляет 1,39 кВт/м²(солнечная константа). До поверхности Земли доходит лишь около ½ (47%) этой радиации. Происходят потери и фотосинтетически активной радиации. ФАР теряется не только в верхних слоях атмосферы, но и непосредственно в сообществе растений (фитоценозе). Часть радиации от насаждений отражается, часть ими поглощается, и,наконец, остальная часть ФАР доходит до поверхности почвы. Так, в посевах подсолнечника отражается 6% радиации, поглощается 75%, доходит до почвы 19%. В посевах кукурузы 7% радиации отражается, 86 поглощается, 7% доходит до почвы и теряется.

Коэффициент полезного действия поглощенной растениями солнечной энергии невелик. На фотосинтез используется лишь небольшая часть радиации, всего около 1,5%. У сельскохозяйственных культур КПД использования лучистой энергии обычно выше, чем у диких предков и сородичей. Так, на фотосинтез кормовая свекла использует 1,90% поглощенной солнечной энергии, вика 1,98, клевер – 2,18, картофель – 2,38, рожь – 2,42, пшеница – 1,68, овес – 2,74, лен – 3,61, люпин – 4,79%. От эффективности использования ФАР зависит урожайность растений. Чем выше эффективность использования света в фотосинтезе, тем выше урожайность сельскохозяйственной культуры.

На поверхности земного шара свет распределен неравномерно. Интенсивность солнечной радиации зависит от географического расположения того или иного региона, рельефа местности. Особенности природных условий того или иного региона земного шара влияют и на качество радиации, ее спектральный состав. В Северном полушарии в основном рассеянный свет, много длинноволновых лучей. На юге иная картина: здесь свет прямой, и в светлом спектре больше коротковолновой радиации.

Широтные различия в интенсивности и спектральном составе радиации во многом определили особенности формирования типов растительности, характерных для тундр, тайги, степей и др. географических зон земного шара. Световой режим, сложившийся в том или ином регионе, выполняет роль фактора естественного отбора растений (светолюбивые, теневыносливые).

Солнечная радиация – это экологический фактор, оказывающий сильное влияние не только на растительные, но и на животные организмы. Лучи Солнца активизируют обмен веществ в организме животных, повышают их продуктивность и воспроизводительную способность. Под влиянием солнечных лучей изменяются функционально-морфологические свойства глаз, их слизистых оболочек, кожи и волосяного покрова. Солнечную радиацию широко используют в животноводстве и ветеринарии (моцион животных, витамин D).

Солнечная радиация – это не только источник энергии, без которого жизнедеятельность растений и животных невозможна. Свет – это лимитирующий фактор, так как при его недостатке ослабление, как и усиление, воздействия солнечной радиации на организмы может стать причиной снижения воспроизводительной способности растений и животных.

Природный радиационный фон формируется не только космическим излучением (куда входит и солнечная радиация), но и ионизирующими излучениями от естественных радионуклидов, находящихся в почве, воде, пище и воздухе.

В настоящее время известно более 60 естественных радионуклидов, формирующих радиоактивность биосферы. По происхождению их делят на две группы:

космогенные радионуклиды– нуклиды образующиеся в результате взаимодействия космического излучения с атомами азота, водорода и др.; из большого числа космогенных радионуклидов заметный вклад в дозу облучения вносят³H,⁷Be,¹⁴Cи²²Na;

естественные радионуклиды– нуклиды радиоактивных семейств (рядов)²³⁵U,²³⁸Uи²³²Th,⁴⁰Kи⁸⁷Rb, находящиеся в земной коре и объектах внешней среды с момента образования Земли.

Концентрация естественных радионуклидов в природе варьирует в широких пределах. В земной коре больше всего содержится K(≈2,5%), содержание урана (U) и тория (Th) в 10 и 100 раз, а радия в млн. раз меньше по сравнению с⁴⁰K. В зависимости от типа почв концентрация радионуклидов весьма различна. Больше⁴⁰K,²³⁸Uи²³²Th, например, в торфянике 2,4; 0,17 и 0,17пKu/г соответственно, больше их в сероземах и серо-коричневой почве (19 – 18пKu/г; 0,85 – 0,75; 1,3 – 1,1 соответственно).Радиоактивными, хоть и в малой мере, считаются все растения и животные, населяющие биосферу. Это объясняется плохой усвояемостью ими большинства естественных радионуклидов. Исключение составляют⁴⁰K,¹⁴Cи³H, которые усваиваются как растениями, так и животными весьма интенсивно.

Естественные радионуклиды обнаруживаются во всех типах природных вод. Как правило, концентрация урана, радия и тория особенно высока в подземных водах. Концентрация радионуклидов в дождевой воде невелика, исключение составляет ³Hи⁷Bе, концентрация которых может достигать десятков пикокюри на литр.

Радионуклиды поступают в атмосферу различными путями в результате:

• выветривания земельных пород и разложения органических веществ;

• наличия в воздухе космогенных радионуклидов;

• диффузии из почвы в приземные слои атмосферы радона (²²²Rn) и торона (²²⁰Th), является продуктами радиоактивного распада соответственно²²⁶Raи²²⁴Ra.

Радиоактивность атмосферного воздуха варьирует в широких пределах и зависит от:

• местоположения (над сушей концентрация радионуклидов выше, чем над океаном);

• содержания радионуклидов в материнских земных породах;

• времени года;

• состояния отмосферы и т. д.

Концентрация радона, более значимого из всех радионуклидов воздуха, в жилых домах и рабочих помещениях различается в зависимости от: вида строительного материала; интенсивности воздухообмена.

Различают внешнее ионизирующее излучение и внутреннее (в результате излучения радионуклидов, находящихся непосредственно в растениях, органах и тканях животных).

Наибольшая величина космического излучения отмечается в верхних слоях атмосферы, у поверхности Земли оно во много раз ниже.

Естественный фон ионизирующего излучения в разных регионах земного шара неодинаков. Обычно он колеблется в небольших пределах, но в некоторых точках Земли резко возрастает. Например, в Бразилии и Индии есть районы, где широко распространены моноцитовые пески, содержащие большое количество тория, радия и урана. В этих местах уровень ионизирующей радиации ≈ в 200 раз выше средних показателей естественного радиоактивного фона Земли.

В процессе эволюции биосферы растения и животные приспособились друг к другу и условиям своего существования, и поэтому естественный радиоактивный фон для них более или менее оптимален.