Загрязнение биосферы радиоактивными веществами, основные пути миграции и накопления в биосфере радиоактивных изотопов, опасных для челов

ООО «Рязаньпроект»

Тема:

Загрязнение биосферы радиоактивными веществами, основные пути миграции и накопления в биосфере радиоактивных изотопов, опасных для человека, животных и растений.

Рязань 2012 г.

План:

1. Введение…………………………………………………………………………

2. Биосфера и радиоактивность……………………………………………………

3. Естественная радиоактивность…………………………………………………

3.1 Космическое излучение…………………………………………………

3.2 Содержание радиоактивных веществ в почвах и горных породах……

3.3 Содержание радиоактивных веществ в природных водах……………

3.4 Радионуклиды в атмосферном воздухе…………………………………

3.5 Содержание радиоактивных веществ в тканях растений и животных

4. Техногенное загрязнение биосферы……………………………………………

4.1 Регенерация облученного топлива………………………………………

4.2 Транспортирование радиоактивных материалов………………………

4.3 Испытания ядерного оружия……………………………………………

4.4 Использование ионизирующих излучений в медицине………………

5. Миграции и накопление биосферой радиоактивных изотопов………………

5.1 Миграция радионуклидов в почвах……………………………………

5.2 Поступление радионуклидов в растения………………………………

5.3 Миграция радионуклидов по биологическим и пищевым цепям в      организм сельскохозяйственных животных

5.4 Миграция радионуклидов из водоемов…………………………………

6. Биологическое действие радиоактивных веществ на живые организмы……

7. Законодательство о защите биосферы в части радиоактивного загрязнения

8. Заключение………………………………………………………………………

9. Список литературы………………………………………………………………

Введение.

ЗАГРЯЗНЕНИЕ БИОСФЕРЫ

комплекс разнообразных воздействий человеческого общества на биосферу, приводящих к увеличению уровня содержания вредных веществ в биосфере, появлению новых хим. соединений, частиц и чужеродных предметов, чрезмерному повышению темп-ры (тепловое 3. б.), шума (шумовое 3. б.), радиоактивности (радиоактивное 3. б.) и т. д. 3. б. угрожает здоровью человека и состоянию окружающей среды, ограничивает возможности дальнейшего развития человеческого общества. Практически все стороны совр. деятельности человека влекут те или иные формы 3. б. Исходные причины 3. б.— стихийный рост пром-сти, энергетики, транспорта, широкая химизация с. х-ва и быта, быстрый рост народонаселения и урбанизация планеты. Ежегодно из недр Земли извлекается более 100 млрд. т различных пород, сжигается ок. млрд. т условного топлива, выбрасывается в атмосферу ок. 20 млрд. т СО2, ок. 300 млн. т СО, 50 млн. т NO2, 150 млн. т SO2, 4—5 млн. т H2S и др. вредных газов, более 400 млн. т частиц золы, сажи, пыли; сбрасывается в гидросферу ок. 600 млрд. т пром. и бытовых стоков, ок. 10 млн. т нефти и нефтепродуктов; на разбавление сточных вод расходуется 40% объёма мировых ресурсов устойчивого речного стока; вносится в почву ок. 100 млн. т минеральных удобрений. В биосферу поступает ок. 50% извлечённых из недр металлов, 30% хим. сырья, до 67% тепла, вырабатываемого теплоэлектростанциями. Ежегодно создаются сотни тыс. т невстречавшихся ранее в биосфере хим. соединений (ксенобиотиков и др.), многие из к-рых не поддаются биол. и физ. разрушению. Масштабы 3. б. столь велики, что естественные процессы метаболизма и разбавляющая способность атмосферы и гидросферы в ряде р-пов мира не в состоянии нейтрализовать вредное влияние хоз. деятельности человека. Накопление т. н. пер-систентных (стойких) загрязняющих веществ, к-рые почти не разрушаются в природе (нек-рые пестициды, полихлорбифенилы и др.), а также веществ, имеющих естеств. механизмы разложения или усвоения (удобрения, тяжёлые металлы и др.), в кол-вах, превышающих способность биосферы к их переработке, нарушает сложившиеся в ходе длит, эволюции природные системы и связи в биосфере, подрывает способность природных комплексов к саморегуляции. Экологич. нарушения проявляются в сокращении численности и видового разнообразия растений и животных, в снижении продуктивности лесов и с.-х. угодий, деградации экосистем. Введение в круговорот веществ биосферы млн. т хлорорганич. соединений, в т. ч. пестицидов, приводит к тому, что, с одной стороны, сокращается численность мн. видов животных (особенно рыб и птиц), разрушаются сложившиеся в ходе эволюции трофич. цепи, и следовательно, биоценозы, а с другой — происходит неконтролируемое размножение организмов, легко вырабатывающих устойчивые формы (нек-рые насекомые, микроорганизмы). Загрязнение таких жизненно важных для человека природных ресурсов, как атмосферный воздух, пресная вода, плодородная почва, запасы к-рых на планете ограничены, приобретает глобальный характер. Использование древесины и ископаемого топлива (уголь, нефть) как источника энергии является осн. причиной загрязнения атмосферы вредными газами (СО2, S02, NO2 и др.) и пылью. Глобальный характер загрязнения атмосферы находит выражение в её общей запылённости, в увеличении концентрации СО2 в воздухе (ежегодный прирост на 0,2% ) и др. загрязняющих веществ, что может привести к нарушению озонового экрана, изменению климата Земли. При сжигании топлива, в т. ч. бензина, в биогеохим. циклы включаются не только дополнит, массы окислов углерода, соединений серы, азота, но и большие кол-ва таких загрязняющих биосферу элементов, как ртуть, свинец, мышьяк и др. Вовлечение в пром. и с.-х. произ-во тяжёлых металлов значительно превосходит те количества, к-рые находились в биосферном круговороте за всю предшествующую историю человечества. Соединение окислов азота и серы с водой приводит к выпадению т. наз. кислотных дождей, изменяющих рН среды и приводящих к гибели живые организмы. Загрязнение континентальных и океанических вод углеводородами, возникающими в результате мн. факторов, связанных с добычей и транспортировкой нефти и нефтепродуктов, является одним из осн. видов загрязнения гидросферы. Поступление в водоёмы с.-х.. пром. и бытовых стоков стимулирует процессы эвтрофирования, приводящие к ухудшению качества воды (прежде всего дефициту О2 в ней), исчезновению рыб. Антропогенному эв-трофированию подвергаются большинство озёр и водохранилищ, замкнутые и полузамкнутые моря (Балтийское, Средиземное и др.). Серьёзную опасность для водных биоценозов представляет также тепловое загрязнение (большинство организмов океанич. и континент, вод могут переносить лишь небольшие колебания темп-ры), возникающее вследствие сброса тёплых вод в реки и водоёмы. Весь Мировой океан стал объектом антропогенного воздействия. Одна из крупных проблем 3. б.— радиоактивное загрязнение окружающей среды в результате ядерных испытаний, накопления радиоактивных отходов, а также при авариях на атомных предприятиях (см. БИОЛОГИЧЕСКОЕ ДЕЙСТВИЕ ИЗЛУЧЕНИЙ). Глобальное радиоактивное загрязнение составляло к середине 70-х гг. более 5,5-1011 Бк (беккерелей) в результате ядерных взрывов и более 1,9-1011 Бк вследствие поступления в Мировой океан радиоактивных отходов. Наиб, загрязнены районы умеренных широт, особенно в Сев. полушарии. Заключение в Москве в 1963 Договора о запрещении испытаний ядерного оружия в атмосфере, космосе и под водой способствовало уменьшению радиоактивного загрязнения. Вместе с тем возрастающая роль ядерной энергетики ставит новые проблемы защиты от радиоактивного загрязнения. Т. о., перед обществом стоит актуальная проблема разработки методов и способов сознательного регулирования обмена веществом и энергией между человечеством и биосферой, включения человеческой деятельности в биогеохимические циклы с учётом важнейших закономерностей развития биосферы. Борьба с 3. б. прежде всего заключается в экологизации экономики (включая промышленность, энергетику, транспорт, с. х-во) путём развития безотходной и малоотходной технологии, перехода на циклическое использование ресурсов, в т. ч. водных, и др. мер. Одновременно необходима экологизация права и сознания людей. Успешное развитие в этом направлении требует прежде всего исключения возможности глобальной ядерной войны и прекращения гонки вооружений. В социалистич. странах борьба с 3. б. входит в планы социально-экономич. развития и является частью партийно-государств. политики в области совершенствования экономики и планирования нар. х-ва. В СССР за пятилетие (1976—80) сброс загрязнённых сточных вод в поверхностные водоёмы снижен почти на 20%; введены в действие системы оборотного водоснабжения общей мощностью более 120 млн. м3 оборотной воды в сутки; построены и сданы в эксплуатацию сооружения для очистки сточных вод на 37 млн. м3 в сутки; за пятилетку (1980—85) объём сброса в водные источники неочищенных и недостаточно очищенных сточных вод сократился на 44%. Охрана окружающей среды от загрязнения является частью проблемы охраны природы. Общая сумма затрат на охрану природы и рациональное использование природных ресурсов составила в СССР в 1981—84 гг. ок. 34 млрд. руб. В капиталистических странах возможности борьбы с 3. б. (особенно в частном секторе) ограничены. Они сводятся преимущественно к законодательным ограничениям и системе штрафов. Глобальный характер 3. б. усиливает роль международных соглашений и конвенций по борьбе с 3. б. (см. ОХРАНА ПРИРОДЫ, БИОГЕОХИМИЧЕСКИЕ ЦИКЛЫ, БИОСФЕРА, МОНИТОРИНГ).

.(Источник: «Биологический энциклопедический словарь.» Гл. ред. М. С. Гиляров; Редкол.: А. А. Бабаев, Г. Г. Винберг, Г. А. Заварзин и др. — 2-е изд., исправл. — М.: Сов. Энциклопедия, 1986.)

… РАДИОАКТИ́ВНОЕ ЗАГРЯЗНЕ́НИЕ БИОСФЕ́РЫ, попадание радионуклидов 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.

Другим чрезвычайно опасным загрязнением атмосферного воздуха и вод Мирового океана является радиоактивное загрязнение. Радионуклиды накапливаются в донных осадках и биоте, переходя к вершинам трофических пирамид. Радионуклиды попадают в организмы человека и животных и поражают жизненно важные органы, причем такое влияние сказывается и на потомстве. Источниками радиоактивного загрязнения являются все виды испытаний ядерного оружия, выбросы в результате аварий, утечки на объектах, связанных с производством такого вида топлива и уничтожением его отходов. Количество произведенного в мире ядерного оружия и военных кораблей с атомными реакторами достаточно велико и не объяснимо с точки зрения целесообразности. Ведь перспектива войны с применением ядерного оружия имеет только один результат - гибель человечества и невероятный ущерб для всей биосферы.

2. Биосфера и радиоактивность.

БИОСФЕРА, оболочка Земли, в пределах которой существует жизнь. Биосфера включает нижнюю часть атмосферы (15–20 км), верхнюю часть литосферы и всю гидросферу. Нижняя граница опускается в среднем на 2–3 км на суше и на 1–2 км ниже дна океана. Термин «биосфера» ввел австрийский геолог Э.Зюсс в 1875, тогда как основы учения о биосфере, которые актуальны и в современной науке, были разработаны В.И.Вернадским.

Биосфера состоит из живого, или биотического, и неживого, или абиотического, компонентов. Биотический компонент – это вся совокупность живых организмов (по Вернадскому – «живое вещество»). Абиотический компонент – сочетание энергии, воды, определенных химических элементов и других неорганических условий, в которых существуют живые организмы.

Биосфера – внешняя оболочка Земли, в которую входят часть атмосферы до высоты 25-30 км (до озонового слоя), практически вся гидросфера и верхняя часть литосферы примерно до глубины 3 км. Особенностью этих частей является то, что они населены живыми организмами, составляющими живое вещество планеты. Взаимодействие абиотической части биосферы – воздуха, воды и горных пород, и органического вещества – биоты, обусловило формирование почв и осадочных пород. Последние, по В.И. Вернадскому, несут на себе следы деятельности древних биосфер, существовавших в прошлые геологические эпохи.    

Состав, свойства, границы биосферы.



Биосфера, являясь глобальной экосистемой (экосферой), как и любая экосистема, состоит из абиотической и биотической части.

Абиотическая часть представлена:

Почвой и подстилающими ее породами до глубины, где еще есть живые организмы, вступающие в обмен с веществом этих пород и физической средой порового пространства.

Атмосферным воздухом до высот, на которых возможны еще проявления жизни.

Водной средой – океаны, реки, озера и т.п.

Биотическая часть состоит из живых организмов всех таксонов, осуществляющих важнейшую функцию биосферы, без которых не может существовать сама жизнь: биогенный ток атомов. Живые организмы осуществляют этот ток атомов благодаря своему дыханию, питанию и размножению, обеспечивая обмен веществом между всеми частями биосферы.

В основе биогенной миграции атомов в биосфере лежат два биохимических принципа:

стремиться к максимальному проявлению, к «всюдности» жизни;

обеспечить выживание организмов, что увеличивает саму биогенную миграцию.

Эти закономерности проявляются, прежде всего, в стремлении живых организмов «захватить» все мало-мальски приспособленные к их жизни пространства, создавала экосистему или ее часть. Но любая экосистема имеет границы, имеет свои границы в планетарном масштабе и биосфера.

При общем рассмотрении биосферы, как планетарной экосистемы, особое значение приобретает представление о ее живом веществе, как о некой общей живой массе планеты.

Под живым веществом В.И. Вернадский понимает все количество живых организмов планеты как единое целое.

Его химический состав подтверждает единство природы – он состоит из тех же элементов, что и неживая природа, только соотношение этих элементов различное и  строение молекул иное.

Свойства биосферы

Биосфере, как и составляющим ее другим экосистемам более низкого ранга, присуща система свойств, которые обеспечивают ее функционирование, саморегулирование, устойчивость и другие параметры. Рассмотрим основные из них.

Биосфера – централизованная система.

Центральным звеном ее выступают живые организмы (живое вещество).

Биосфера – открытая система. Ее существование немыслимо без поступления энергии из вне.

Она испытывает воздействие космических сил, прежде всего солнечной активности.

 Биосфера – саморегулирующаяся система, для которой, как отмечал Вернадский, характерна организованность. В настоящее время это свойство называется гомеостазом, понимая под ним способность возвращаться в исходное состояние, гасить возникающие возмущения включением ряда механизмов. Биосфера за свою историю пережила ряд таких возмущений, справляясь о (извержение вулканов, встречи с астероидами, землетрясения, горообразование и т.п.), благодаря действию гомеостатических механизмов и, в частности, принципа Ле-Гиателье-Брауна при действии на систему сил, выводящих ее из состояния устойчивого равновесия, последнее смещается в том направлении, при котором эффект этого воздействия ослабляется.

Опасность современной экологической ситуации связана прежде всего с тем, что нарушается линия механического гомеостаза и принцип Ле-Гиателье-Брауна, если не в планетарных, то в крупных региональных масштабах. Результат – распад экосистем, либо появление неустойчивых, практически лишенных свойств гомеостаза систем типа агроценоза или урбанизированных комплексов.

 Биосфера – система, характеризующаяся большим разнообразием.

Разнообразие – важнейшее свойство всех экосистем. Биосфера как глобальная экосистема, характеризующаяся максимальным среди других систем разнообразием. Разнообразие рассматривается как основное условие устойчивости любой экосистемы и биосферы в целом. Это условие так универсально, что сформировалось в качестве закона.

 Важнейшее свойство биосферы – наличие в ней механизмов, обеспечивающих круговорот вещества и связанного с ним неисчерпаемость отдельных химических элементов и их соединений.

……..

Радиоактивность – неустойчивость ядер некоторых атомов, проявляющаяся в их способности к самопроизвольным превращениям (распаду), сопровождающимся испусканием ионизирующего излучения или радиацией.

Радиоактивные превращения протекают с изменением строения, состава и энергетического состояния ядер атомов, и сопровождаются испусканием или захватом заряженных или нейтральных частиц, и выделением коротковолнового излучения электромагнитной природы (кванты гамма-излучения). Эти испускаемые частицы и кванты носят общее название радиоактивных (или ионизирующих) излучений, а элементы, ядра которых могут по тем или иным (естественным или искусственным) причинам самопроизвольно распадаются, называются радиоактивными или же радионуклидами.

Нуклид – разновидность атома, характеризуемая числом протонов и нейтронов, а в некоторых случаях энергетическим состоянием ядра.

Нуклиды могут быть стабильными и нестабильными, т.е. радиоактивными.

Радионуклид – нуклид, испускающий ионизирующее излучение.

Радиация, или ионизирующее излучение – это частицы или гамма-кванты, энергия которых достаточно велика, чтобы при воздействии на вещество создавать ионы разных знаков.

Из 2500 нуклидов, известных в настоящее время, стабильными являются только 271 нуклид. Остальные нуклиды (90%!) нестабильны, т.е. радиоактивны; они превращаются путем одного или нескольких последовательных распадов, сопровождающихся испусканием частиц или γ- квантов, в стабильные нуклиды.

Радиоактивность подразделяют на естественную (наблюдающуюся у существующих в природных условиях изотопов) и искусственную (связанную с радионуклидами, получаемыми в результате ядерных реакций, осуществляемых на ускорителях и ядерных реакторах).

Принципиальной разницы между природной и искусственной радиацией не существует, ибо свойства изотопа не зависят от способа его образования, и радиоактивный изотоп, полученный искусственным путём, ничем не отличается от такого же самого природного изотопа.

3. Естественная радиоактивность.

Человек всегда подвергается воздействию ионизирующих излучений от различных естественных источников. Особенность этого излучения является его повсеместное воздействие на все население земного шара и относительное постоянство его уровней в течение длительного периода времени. Вместе с тем уровни естественного облучения существенно различаются  в разных регионах и на различной высоте над уровнем моря.

Естественные источники подразделяются на источники земного происхождения (космическое излучение) и источники земного происхождения.

3.1 Космическое излучение.

Одним из основных видов проникающей радиации является космическое излучение, поступающее из мирового пространства. Его подразделяют на первичное и вторичное. Первичным космическим излучением называют излучением высоких энергий, попадающее в земную атмосферу из межпланетного пространства.

При взаимодействии первичного излучения с ядрами атомов, находящихся в атмосфере Земли, возникают вторичные частицы и электромагнитное излучение, которое называется, вторичным космическим излучением.

3.2 Содержание радиоактивных веществ в почвах и горных породах.

Концентрация радионуклидов в почвах определяется главным образом радиоактивностью подстилающих почвообразующих горных пород и характером процессов почвообразования. Они зависят от типа почв, содержания в них коллоидных фракций и т.д.

В дерново-подзолистых, подзолитых и торфяных почвах, где процессы выщелачивания, гумификации, элювиальный и аллювиальный перенос идут весьма интенсивно, концентрация естественных радионуклидов оказывается низкой. В черноземных почвах, где указанные процессы идут медленней, содержание естественных нуклидов выше.