2. Естественный радиационный фон (ерф)

Естественные радионуклиды являются обычной составной ча­стью вещества биосферы, а природный радиационный фон, приводящий к облучению любого объекта во внешней среде, — один из экологических факторов, воздействующих на все живое на Земле. Радионуклиды в мелкодисперсном состоянии присутствуют во всех земных породах, воде и воздухе.

Считается, что именно за счет радио­активного распада произошел разогрев земных недр, который послужил началом текто­нических процессов и образования горных систем. При разломах коры скопления радиоактивных пород выходили из земных недр и образовывали области с повышенным фоном ионизирующего излучения. За время существо­вания Земли радиоактивность земного ве­щества постепенно снижалась за счет распа­да короткоживущих радионуклидов. Коли­чество первичных радионуклидов в оболочке Земли было в 5—10 раз выше современного (5,56).

Живые организмы подвергаются непрерывному воздействию ионизирующих излучений от различных естеcтвенных источников. Отличительными особенностями этих источников является то, что они влияют на все население Земли и остаются относительно по­стоянными в течение очень длительного периода времени. По вкла­ду в суммарное облучение растений, животных и человека в со­временный период природный радиационный фон превосходит многие другие источники. Облучение от естествен­ных источников является одной из причин возникновения раковых новообразований и наследственных болезней у человека, а также может быть важным фактором естественного (спонтанного) мутагенеза, играющего важную роль в эволюции живых орга­низмов в биосфере.

Источниками ЕРФ является космическое излучение и радионуклиды, содержащиеся в земной коре.

1. Космическое излучение

Космическое излучение было открыто в 1912 году немецким физиком Виктором Гессом. Он решил проверить как далеко в атмосферу распространяется излучение от поверхности земли. Взяв чувствительный прибор, Гесс стал подниматься на воздушном шаре.

Рисунок 12. Портрет Виктора Гесса. Отправление воздушного шара 1911-1912 гг., Виктор Франц Гесс (сидит в корзине) (изображение VF Hess Society / Schloss Pöllau)(121).

Вначале радиоактивность падала, но затем стала быстро возрастать и на высоте в 4800 м в четыре раза превосходила уровень на поверхности земли. Виктор Гесс сделал вывод, что какая-то часть радиации поступает на земную поверхность из космоса.

Космическое излучение делится на первичное, состоящее из быстрых протонов, аль­фа-частиц и небольшого количества ядер углерода, азота, кислорода и более тяжелых ядер, попадающих на Землю из мирового про­странства. Большая часть этих частиц задерживается атмосферой, однако некоторая часть высокоэнергичных частиц проникает в верхние слои атмос­феры и воздействует на ядра атомов составля­ющих ее элементов. В результате формируется вторичное излучение, которое достигает поверхности земли. Таким образом, на высоте 25-30 км и выше преобладает первичное излучение, а ниже – в основном вторичное.

Изотопы, составляющие вторичное излучение, возникают в результате ядерных реакций и захвата нейтронов атомами атмосферы (Рис.13).

Рисунок 13. Формирование вторичного излучения (122).

Всего известно 14 космогенных радионуклидов, но в наибольших количествах на земную поверхность выпадают:

тритий (Т_1/2=12,34 года), который превращается, в основ­ном, в тритированную воду и с осадками вы­падает на земную поверхность, участвуя в круговороте воды;

углерод-14 (Т_1/2=5 730 лет) — вмес­те с обычным углекислым газом вовлекает­ся в биотический круговорот через фотосинтез;

бериллий-7 (Т_1/2=53,6 суток) —с дождевой водой поступает в растения, и далее с зелеными овощами — в организм живот­ных и человека (1, 58,29).

Мощность вторичного космического излучения у поверхности земли изменяется в зависимости от высоты над уровнем моря: чем выше расположена территория, тем меньше слой экрани­рующей атмосферы и, соответственно, вы­ше мощность вторичного космического из­лучения. Это явление называется ба­рометрическим эффектом. Изменение мощ­ности вторичного космического излучения происходит и при удалении от экватора, т.к. уменьшается толщина тропо­сферы и ее экранирующее действие. Кроме того, траектория заряженных частиц космического излучения боль­ше искривляется геомагнитным полем Земли в области экватора, и поэтому здесь к поверхности могут проникать только части­цы с наиболее высокой энергией, а в полярных областях - и частицы сравни­тельно невысокой энергии. Это явление носит название широтного эффекта (66, 58).

Космическое излучение формирует внешнее облучение человека. Еще некоторую дозу, обусловливают космогенные радионуклиды, поступающие с пищей (тритий и углерод-14). В целом эквивалентная поглощенная доза от источников космического происхождения составляет чуть более 15% от эквивалентной поглощенной дозы, формируемой всеми источниками естественной радиации. Исключение составляют жители высокогорий (высота свыше 2000 м над уровнем моря), где доза в несколько раз выше, чем на равнинных территориях (рис.14). А также пассажиры и экипаж самолетов: на высоте в 4 тыс.м уровень облучения возрастает примерно в 25 раз(2,16).

Рисунок 14. Барометрический эффект космического излучения