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

Все бы ничего, если бы они изред­ка не попадали на наш стол, а потом и в организм. Но ученые успокаивают: содержание цезия-137 в ягодах и грибах вряд ли может привести к каким-ли­бо заметным последствиям для здо­ровья. Так, заведующий отделом ги­гиены источников ионизирующих излучений Центра гигиены и эпиде­миологии в городе Москве Александр Гернец уверяет, что «нужно съесть со­вершенно немыслимое количество ягод, чтобы хотя бы немножко забо­леть от этого». Дело в том, что по су­ществующим нормативам, прописан­ным в СанПиН 2.3.2.1078-01 (СанПиН 2.3.2.2650-10 «Дополнения и измене­ния № 18кСанПиН 1078-01», введен­ные в действие 3 сентября 2010 года), допустимый уровень радионуклидов: цезия-137 в дикорастущих ягодах со­ставляет 160 беккерелей на килограмм (Справка: бк/кг - количество распадов изото­пов в секунду на килограмм массы). При этом в нормах радиа­ционной безопасности НРБ-99/2009 прописаны пределы годового поступ­ления того же цезия- 137 с воздухом и пищей на уровне 77 тысяч беккерелей. Учитывая, что этот радионуклид со­держится преимущественно в черни­ке, клюкве, а также в грибах, человеку, чтобы превысить границу безопаснос­ти, нужно в день съедать порядка полу­тора килограммов ягод с максимально разрешенным количеством беккере­лей. Но что если радиация в ягодах су­щественно превышает норму?

Попавший в организм человека це­зий- 137, как и в ягодах, замещает ка­лий с натрием, и происходит так назы­ваемое внутреннее облучение, намного более длительное и опасное, чем вне­шнее. Период полу выведения цезия-137 составляет 120 суток. Кроме того, расстояние от источника облучения до ткани практически равно нулю. По сло­вам Елены Гусевой, радионуклиды могут концентрироваться в организме вблизи особо чувствительных к излучению ор­ганов или непосредственно в них. При длительном поступлении цезия-137 в организм даже в относительно малых дозах обнаруживаются поражения в ви­де торможения роста, снижения репродуктивности, образования раковых опу­холей и лейкоза.

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

В организм животных и человека радионуклиды, как известно,  могут поступать через кожные покровы, органы дыхания и желудочно-кишечный тракт.

Основной путь поступления радионуклидов в организм сельскохозяйственных животных – алиментарный, т.е. с загрязненным кормом или загрязненной водой. Поступающие с загрязненным кормом радионуклиды резорбируются в организме из желудочно-кишечного тракта.

Одним из наиболее важных путей миграции радионуклидов, попавших в организм сельскохозяйственных животных, является их поступление в молоко, с которым они и выводятся из организма.

5.4 Миграция радионуклидов из водоемов.

Наряду с перемещением радионуклидов в водоемах происходит более или менее значительная миграция их за пределы последних. Эти явления нередко приобретают существенное значение, поэтому их следует учитывать при оценке ситуаций, связанных с загрязнением водоемов радионуклидами.

Перемещение радионуклидов из водоемов на прибрежную территорию, в атмосферу и в подземные воды происходит под воздействием как естественных, так и искусственных факторов. Гидрологический фактор - паводки на реках, принимающие в себя сточные воды, содержащие радионуклиды и антропогенный фактор – деятельность человека.

6. Биологическое действие радиации (действие радиации на человека).

В основе биологического действия ионизирующих излучений лежат физико-химические процессы, возникающие в молекулах клетки и окружающем ее субстрате. В ходе физико-химических процессов нарушается жизнедеятельность клетки, что приводит к патологическим изменениям в физиологических системах и в организме в целом.

Основным актом взаимодействия ионизирующих излучений с клетками и тканями организма является ионизация, при которой происходит отрыв электронов от атомов, возникают возбужденные атомы, молекулы и появляются свободные радикалы, вызывающие различные реакции в организме. Меняются биохимические процессы, нарушается структура клеточных элементов, подавляется течение ферментивных процессов, прекращается или замедляется рост тканей, наступает гибель клеток.

Изменения на клеточном уровне приводит не только к нарушению функций отдельных органов и систем в облученном организме, но и вызывают наследственные изменения, отражающиеся на последующих поколениях облученных людей, а также способствуют индуцированию злокачественных новообразований, сокращают продолжительность жизни.

При дозах, превышающих 100 Зв (Зиверт -- единица эквивалентной дозы в системе СИ. 1 Зв соответствует поглощенной дозе 1 Дж/кг гамма-излучения), наступает мгновенная гибель (первые часы) из-за необратимого повреждения нервных клеток (церебральный синдром). Дозы 50--100 Зв приводят к смертельному исходу на 5--6-е сутки после облучения. Кишечная форма лучевого поражения (желудочно-кишечный синдром) наблюдается в диапазоне 10--50 Зв и приводит к гибели на 10--14-й день. Типичная форма лучевой болезни развивается при дозе 1--10 Зв. Причем, если не принять медицинских мер, доза 3--5 Зв приводит к смерти 50% облученных людей в течение 30 дней.

Радиоактивное облучение достоверно повышает риск возникновения рака, генетических повреждений и сокращает продолжительность жизни. Первую позицию в группе раковых заболеваний, вызванных облучением, занимают лейкозы, пик которых, в зависимости от возраста, приходится на период от 5 до 25 лет после облучения. Несколько позже возникают рак молочной и щитовидной железы, легких и других органов. Риск генетических повреждений в первых двух поколениях, по оценкам специалистов, составляет около 40% от риска заболевания раком.

Последствия радиационного воздействия, проявляющиеся на системном, организменном и популяционном уровне, можно представить в виде следующей схемы

7.4 Законодательство о защите биосферы в части радиоактивного загрязнения.

Заключение.

Проблема влияния на организм человека облучения «малыми дозами» особо остро встала перед специалистами после аварии на ЧАЭС. Для ее решения требуется постоянное повсеместное обследование населения, наблюдение за состоянием здоровья участников ликвидации последствий аварии и людей, проживающих на загрязненных территориях. Уже на сегодняшний день отмечается рост случаев рака щитовидной железы, возрастание числа анемий, сердечных и других заболеваний, связанных с ослаблением иммунитета. Естественное излучение является обычной составной частью биосферы, абиотическим фактором, непрерывно действующим на организмы и образующим природный радиоактивный фон, который формируется за счет космического излучения и излучения радионуклидов, находящихся во внешней среде и внутри живых организмов. Искусственные источники излучения появляются в результате деятельности человека. Биологический эффект радиации определяется дозовой нагрузкой и может наблюдаться на всех уровнях организации живых систем. Индивидуальная чувствительность человека к радиоактивному облучению зависит от возраста, психоэмоционального состояния и т.д. Лучевое поражение в зависимости от дозы может привести к гибели, различным формам лучевой болезни, астении, катаракте, снижению иммунитета, сокращению продолжительности жизни, возрастанию риска появления рака, генетических повреждений.

Список литературы:

1. А.Н. Марей, А.С. Зыкова, М.М. Сауров. Радиационная и коммунальная гигиена. – М. 1984-400 с.

2. Ю.А. Сапожников, Р.А. Алиев, С.Н. Кл.. Радиоактивность окружающей среды. – М. 1984-400 с.

3. Павлоцкая ф.И., Тюрюканова Э.Б., Баранов В.И. Глобальное распределение радиоактивного стронция по земной поверхности, М., 1970

4. Современные проблемы радиобиологии, под общ.  ред. А.М. Кузина, т. 2, М., 1971

5. Ильенко А.И, Концентрирование животными радиоизотопов и их влияние на популяцию, М., 1974

6. Громов В.В., Спицын В.И. Искусственные радионуклиды в морской среде, М., 1975

Биосфера и ее эволюция, ресурсы, пределы устойчивости, биопродуктивность. Структура биосферы

Биосфера включает в себя: живое вещество, образованное совокупностью организмов; биогенное вещество, которое создается в процессе жизнедеятельности организмов (газы атмосферы, каменный уголь, нефть, торф, известняки и др.); косное вещество, которое формируется без участия живых организмов; биокосное вещество, представляющее собой совместный результат жизнедеятельности организмов и небиологических процессов (например, почвы).

Косное вещество биосферы.

Границы биосферы определяются факторами земной среды, которые делают невозможным существование живых организмов. Верхняя граница проходит примерно на высоте 20 км от поверхности планеты и ограничена слоем озона, который задерживает губительные для жизни коротковолновую часть ультрафиолетового излучения Солнца. Таким образом, живые организмы могут существовать в тропосфере и нижних слоях стратосферы. В гидросфере земной коры организмы проникают на всю глубину Мирового океана - до 10-11 км. В литосфере жизнь встречается на глубине 3,5-7,5 км, что обусловлено температурой земных недр и условием проникновения воды в жидком состоянии[3].

Атмосфера.

Газовая оболочка состоит в основном из азота и кислорода. В небольших количествах в ней содержится диоксид углерода (0,03%) и озон. Состояние атмосферы оказывает большое влияние на физические, химические и биологические процессы на поверхности Земли и в водной среде. Для биологических процессов наибольшее значение имеют: кислород, используемый для дыхания и минерализации мертвого органического вещества, диоксид углерода, участвующий в фотосинтезе, и озон, экранирующий земную поверхность от жесткого ультрафиолетового излучения. Азот, диоксид углерода, пары воды образовались в значительной мере благодаря вулканической деятельности, а кислород - в результате фотосинтеза[3].

Гидросфера.

Вода - важнейший компонент биосферы и один из необходимых факторов существования живых организмов. Основная ее часть (95%) находится в Мировом океане, который занимает около 70% поверхности земного шара и содержит 1300 млн. км3. Поверхностные воды (озера, реки) включают всего 0,182 млн. км3, а количество воды в живых организмах составляет всего 0,001 млн. км3. Значительные запасы воды (24 млн. км3) содержат ледники. Большое значение имеют газы, растворенные в воде: кислород и диоксид углерода. Их количество широко варьирует от температуры и присутствия живых организмов. Диоксида углерода, содержащегося в воде, в 60 раз больше, чем в атмосфере. Гидросфера формировалась в связи с развитием литосферы, которая в течение геологической истории Земли выделяла большое количество водяного пара[3].

Литосфера.

Основная масса организмов, обитающих в пределах литосферы, находится в почвенном слое, глубина которого не превышает нескольких метров. Почва включает минеральные вещества, образующиеся при разрушении горных пород, и органические вещества - продукты жизнедеятельности организмов[3].

Живые организмы (живое вещество).

Хотя границы биосферы довольно узки, живые организмы в их пределах распределены очень неравномерно. На большой высоте и в глубинах гидросферы и литосферы организмы встречаются относительно редко. Жизнь сосредоточена главным образом на поверхности Земли, в почве и в приповерхностном слое океана. Общую массу живых организмов оценивают в 2,43х1012т. Биомасса организмов, обитающих на суше, на 99,2% представлена зелеными растениями и 0,8% - животными и микроорганизмами. Напротив, в океане на долю растений приходится 6,3%, а на долю животных и микроорганизмов - 93,7% всей биомассы. Жизнь сосредоточена главным образом на суше. Суммарная биомасса океана составляет всего 0,03х10 12 т, или 0,13% биомассы всех существ, обитающих на Земле.

В распределении живых организмов по видовому составу наблюдается важная закономерность. Из общего числа видов 21% приходится на растения, но их вклад в общую биомассу составляет 99%. Среди животных 96% видов - беспозвоночные и только 4% - позвоночные, из которых десятая часть - млекопитающие. Масса живого вещества составляет всего 0,01-0,02% от косного вещества биосферы, однако она играет ведущую роль в геохимических процессах. Вещества и энергию, необходимую для обмена веществ, организмы черпают из окружающей среды. Ограниченные количества живой материи воссоздаются, преобразуются и разлагаются. Ежегодно, благодаря жизнедеятельности растений и животных, воспроизводится около 10% биомассы[3].

Эволюция биосферы

Все компоненты биосферы тесно взаимодействуют между собой, составляя целостную, сложно организованную систему, развивающуюся по своим внутренним законам и под действием внешних сил, в том числе космических (солнечного излучения, гравитационных сил, магнитных полей Солнца, Луны и др. небесных тел)

По современным представлениям, развитие безжизненной геосферы, т.е. оболочки, образованной .веществом Земли, происходило на ранних стадиях существования нашей планеты, миллиарды лет назад. Изменения облика Земли были связаны с геологическими процессами, происходившими в земной коре, на поверхности и в глубинных слоях планеты и находили проявление в извержениях вулканов, землетрясениях, подвижках земной коры, горообразовании. Такие процессы происходят и сейчас на безжизненных планетах солнечной системы и их спутниках - Марсе, Венере, Луне.

С возникновением жизни (саморазвивающихся устойчивых форм) сначала медленно и слабо, затем все быстрее и значительнее стало проявляться влияние живой материи на геологические процессы Земли.

Деятельность живого вещества, проникшего во все уголки планеты, привела к возникновению нового образования - биосферы - тесно взаимосвязанной единой системы геологических и биологических тел и процессов преобразования энергии и вещества. Размеры преобразований, осуществляемых живой материей, достигли планетарных масштабов, существенно видоизменив облик и эволюцию Земли.

Так, например, в результате процесса фотосинтеза - деятельности зеленых растений, образовался современный газовый состав атмосферы, в ней появился кислород. В свою очередь на активность фотосинтеза существенно влияет концентрация углекислого газа в атмосфере, наличие влаги и тепла.

Почва является целиком результатом деятельности живого вещества в косной (неживой) среде. Решающая роль в этом процессе принадлежит климату, топографии, деятельности микроорганизмов и растений и материнским породам. Биосфера, возникнув и сформировавшись 1-2 млрд. лет назад (к этому времени относятся первые обнаруженные остатки живых организмов), находится в постоянном динамическом равновесии и развитии[2].

В биосфере, как в любой экосистеме, происходит круговорот воды, планетарные перемещения воздушных масс, а также биологический круговорот, характеризующийся емкостью - количеством химических элементов, находяшихся одновременно в составе живого вещества в данной экосистеме, и скоростью - количеством живого вещества, образующегося и разлагающегося в единицу времени. В результате на Земле поддерживается большой геологический круговорот веществ, где для каждого элемента характерна своя скорость миграции в больших и малых циклах. Скорости всех циклов отдельных элементов в биосфере теснейшим образом сопряжены между собой[1].

Установившиеся за многие миллионы лет круговороты энергии и вещества в биосфере самоподдерживаются в глобальных масштабах, хотя локальные (местные) изменения структуры и особенностей отдельных экосистем (биогеоценозов), составляющих биосферу, могут быть значительными.

Еще на ранних этапах эволюции живое вещество распространилось по безжизненным пространствам планеты, занимая все потенциально доступные для жизни места, изменяя их и превращая в места обитания. И уже в древние времена различные жизненные формы и виды растений, животных, микроорганизмов, грибов заняли всю планету. Живое органическое вещество, можно найти и в глубинах океана, и на вершинах самых высоких гор, и в вечных снегах Приполярья, и в горячих водах источников вулканических районов.

Такую способность к распространению живого вещества В.И.Вернадский назвал «всюдностью жизни»[2].

Эволюция биосферы шла по пути усложнения структуры биологических сообществ, умножения числа видов и совершенствования их приспособляемости. Эволюционный процесс сопровождался увеличением эффективности преобразования энергии и вещества биологическими системами: организмами, популяциями, сообществами.

Вершиной эволюции живого на Земле явился человек, который как биологический вид на основе многочисленных изменений приобрел не только сознание (совершенную форму отображения окружающего мира), но и способность изготавливать и использовать в своей жизни орудия труда.

Посредством орудий труда человечество стало создавать фактически искусственную среду своего обитания (поселения, жилища, одежду, продукты питания, машины и многое другое). С этих пор эволюция биосферы вступила в новую фазу, где человеческий фактор стал мощной природной движущей силой.

Биосфера и человек. Ноосфера.

Термин «ноосфера» был предложен в1927 году французским математиком и философом Э.Леруа. «Noos» - древнегреческое название человеческого разума[3].

Первая созданная человеком культура-палеолит (каменный век) - продолжалась примерно 20-30 тысяч лет. Она совпадала с длительным периодом оледенения. Экономической основой жизни человеческого общества была охота на крупных животных: благородного и северного оленя, шерстистого носорога, осла, лошадь, мамонта, тура. На стоянках человека каменного века находят многочисленные кости диких животных - свидетельство успешной охоты. Интенсивное истребление крупных травоядных животных привело к сравнительно быстрому сокращению их численности и исчезновению многих видов. Если мелкие травоядные могли восполнить потери от преследования охотниками высокой рождаемостью, то крупные животные в силу эволюционной истории были лишены этой возможности. Дополнительные трудности возникли вследствие изменения природных условий в конце палеолита. 10-12 тысяч лет назад наступило резкое потепление, отступил ледник, леса распространились в Европе, вымерли крупные животные. Это создало новые условия жизни, разрушило сложившуюся экономическую базу человеческого общества. Закончился период его развития, характеризовавшийся только использованием пищи, т.е. чисто потребительским отношением к окружающей среде.

В следующую эпоху - эпоху неолита (новый каменный век) - наряду с охотой, рыбной ловлей и собирательством все большее значение приобретает процесс производства пищи. Делаются первые попытки одомашнивания животных и разведения растений, зарождается производство керамики. Уже 9-10 тысяч лет назад существовали поселения, среди остатков которых обнаруживают пшеницу, ячмень, чечевицу, кости домашних животных - коз, свиней, овец. Развиваются зачатки земледельческого и скотоводческого хозяйства. Широко используется огонь и для уничтожения растительности в условиях подсечного земледелия, и как средство охоты. Начинается освоение минеральных ресурсов, зарождается металлургия.