7 Радиоактивное загрязнение биосферы

Радиоактивное загрязнение биосферы - попадание радиоактивных 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 вызывается продуктами деления ядер (например, ⁹⁰Sr, ¹³⁷Cs, ¹⁴⁴Ce), наведёнными радиоактивными нуклидами (³H, ²⁴Na, ⁵⁹Fe, ⁶⁰Co, ⁶⁵Zn и др.), естественно-радиоактивными тяжёлыми металлами (U, Th, Ra и др.) и искусственными трансурановыми элементами (Pu, Am, Cm и др.).

Величину радиоактивного загрязнения определяют методами радиохимии, радиометрии, спектрометрии и авторадиографии и количественно выражают в единицах радиоактивности (распады в секунду в 1 г ткани, nкюрu/т³ воздуха или воды, мкюри/км² суши или водоёма). Глобальное радиоактивное загрязнение к 1973 составляло более 1,5 Гкюри (гигакюри) в результате ядерных взрывов и более 5 Мкюри (мегакюри) - вследствие поступления в Мировой океан радиоактивных отходов. Наиболее загрязнены районы умеренных широт, особенно в Северном полушарии.

Попадая в реки, озёра, моря и океаны, РВ поглощаются водными растениями и животными как непосредственно из воды, так и из предыдущего звена пищевой цепи: из водорослей РВ переходят в зоопланктон, для которого водоросли служат пищей, а затем в организм моллюсков, ракообразных, рыб.

С поверхности почвы через корни и из атмосферных выпадений через листья РВ поступают в растения и, продвигаясь по пищевым цепям, а также с питьевой водой, - в организм животных, в том числе сельскохозяйственных, а вместе с их мясом и молоком - в организм человека (в частности, ⁹⁰Sr, попадая в организм человека с овощами или молоком, может накапливаться в костной ткани, особенно у детей).

Выяснением экологической значимости разных уровней ионизирующей радиации и созданием научных основ рекомендаций по защите от негативных последствий поступления радионуклидов, включая составление прогнозов возможного нарушения структуры, продуктивности и самоочищения экосистем, занимается радиоэкология, а медицинскими аспектами проблемы - радиационная гигиена. Координацию деятельности разных стран по предотвращению радиационного загрязнения осуществляет МАГАТЭ (Международное агентство по атомной энергии).

7.1 Аккумуляция радиоактивных веществ

Аккумуляция радиоактивных веществ в биосфере, накопление радиоактивных веществ (РВ) всеми составными частями биосферы -живыми (микробы, растения, животные, человек) и неживыми (почва, воды суши и океанов). Особенно энергично аккумуляция радиоактивных веществ происходит в организмах некоторых видов. Некоторые РВ прочно связываются теми или иными тканями (например, стронций и плутоний костями животных и человека), другие, например цезий, легко выделяются. Аккумуляция радиоактивных веществ, временно выходящих из биологического круговорота, осуществляется в основном в донных отложениях, а на суше - в почве.

Из радиоактивных нуклидов, поступающих в почвенный раствор, часть аккумулируется растениями и вместе с растительной пищей попадает в организмы животных и человека, а после их смерти - снова в почву. Таким образом, флора и фауна (особенно виды животных, встречающихся в массовом количестве, - насекомые, черви и др.) служат важным фактором перемещения РВ в почве. Мерой аккумуляция радиоактивных веществ в организме служит коэффициент накопления, т. е. отношение концентрации радионуклидов в организме к концентрации их в окружающей среде и в воде (для водных организмов) или почвенном растворе.

Коэффициент накопления зависит от вида и состояния организма, свойств и концентрации нуклидов, степени их связывания в среде и др. Коэффициент накопления различных радиоактивных изотопов водными организмами сравнительно высоки - порядка 10² - 10⁴; так, он равен: для зелёных водорослей по Sr⁹⁰ - 1,6×10³, для моллюсков по Nb⁹⁵ - 3×10³ для рыб по Y⁹¹ - 5×10². Аккумуляция радиоактивных веществ организмами приводит к их облучению, что может вызвать развитие лучевой болезни, злокачественных опухолей, вредные генетические последствия и гибель организмов.

Попадая в реки, озёра, моря и океаны, радионуклиды поглощаются водными растениями и животными как непосредственно из воды, так и из предыдущего звена пищевой цепи: из водорослей РВ переходят в зоопланктон, для которого водоросли служат пищей, а затем - в организм моллюсков, ракообразных, рыб. С поверхности почвы через корни и из атмосферных выпадений через листья РВ поступают в растения и, продвигаясь по пищевым цепям, а также с питьевой водой, - в организм животных, в том числе сельскохозяйственных, а вместе с их мясом и молоком - в организм человека (в частности, Sr⁹⁰, попадая в организм человека с овощами или молоком, может накапливаться в костной ткани, особенно у детей).

При поглощении радиоактивных элементов растениями или животными обычно происходит значительное повышение их концентрации в биологических объектах по сравнению с содержанием РВ в окружающей среде. Организмы, которые накапливают те или иные радионуклиды в особенно высоких концентрациях, называют «биоиндикаторами радиоактивного загрязнения»; так, водоросль кладофора особенно интенсивно накапливает Y⁹¹, а моллюск большой прудовик - Sr⁹⁰. При переходе от одного организма к другому происходит изменение содержания РВ. Например, концентрация Cs¹³⁷ возрастает в цепи лишайники - мышцы оленей - мышцы волков (30, 85 и 181 пкюри/г сухой массы соответственно), а концентрация Sr⁹⁰ в этой же цепи уменьшается (7,2, 0,1 и 0,04 пкюри/г сухой массы). На радиоактивное загрязнение различных элементов биосферы влияют химическая форма и физическое состояние РВ, температура и химический состав окружающей среды, а также др. факторы.