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

Список литературы

1. Чернова Н.М., Былова А.М., Экология. Учебное пособие для педагогических институтов, М., Просвещение, 1988;

2. Криксунов Е.А., Пасечник В.В., Сидорин А.П., Экология, М., Издательский дом "Дрофа", 1995;

3. Общая биология. Справочные материалы, Составитель В.В.Захаров, М., Издательский дом «Дрофа», 1995.

Способность некоторых химических элементов, соединений и биогенных веществ оказывать вредное воздействие на человеческий организм, организмы животных, растений и микроорганизмы называется токсичностью.

Существует классификация токсичных веществ по степени воздействия на человека и животных в зависимости от концентрации. Высокотоксичными или чрезвычайно опасными для всего живого являются вещества первого класса опасности. Для таких веществ установлены минимальные значения присутствия в объектах природной среды, так как они извлекаются принудительно из глубин земной коры и рассеиваются по поверхности планеты в результате деятельности человека. Бериллий, ванадий, кобальт, никель, ртуть, свинец, цинк, хром и их соединения являются высокотоксичными веществами. Подобной опасностью обладают и некоторые другие тяжелые металлы, металлорганические соединения, нефтеотходы, цианистые соединения, пестициды, радиоактивные элементы. Эти вещества имеют способность накапливаться в организмах и двигаться по трофическим цепям.

Сегодня человеком открыто и широко производится огромное количество синтетических веществ, обладающих мощным мутагенным, канцерогенным и эмбриологическим воздействием на живые организмы. Полихлорбифенилы, диоксины, фураны выбрасываются при сжигании в атмосферу, попадают со стоками в водные объекты, а также оседают на почве. Воздействие токсичных веществ не только сказывается на общем ухудшении состояния организма, но и ведет к патологическим нарушениям.

Следует отметить, что все отходы производства и потребления являются опасными и делятся на пять классов опасности.

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.

Вмешательство человека в окружающую природную среду привело к ухудшению его здоровья как биологического вида, огромный ущерб нанесен состоянию компонентов всех природных экосистем. Загрязнение всех сред - атмосферного воздуха, воды, почвы - нарушает природные механизмы стабилизации.

Основными путями миграции токсичных, радиоактивных и других веществ, опасных для человека, животных и растений, являются:

1) перенос воздушными течениями;

2) распространение по водным объектам, в том числе проникновение в подземные воды, с последующим попаданием в воды Мирового океана;

3) движение по трофическим цепям - ряду видов или их групп, каждое предыдущее звено в которых служит пищей для следующего.

Загрязнение окружающей среды токсинами - металлами, хлорированными углеводородами, нитратами, нитритами и нитросоединениями, асбестом, диоксинами и пестицидами - представляет серьезную опасность для всех экосистем. Не меньшую опасность несут канцерогенные вещества - бензапирен, промышленная пыль, диоксид азота и диоксид серы. Потенциальную опасность для водных экосистем и человека-водопользователя представляет аккумуляция радионуклидов водной биотой и донными осадками вследствие долгого периода распада изотопов стронция, цезия, циркония и ниобия.

В организм человека, как и другие живые организмы, радиоактивные и химические загрязнения проникают через дыхательные пути и желудочно-кишечный тракт с потребляемой пищей и водой.

В ходе метаболизма загрязняющие вещества превращаются в неопасные продукты, выводимые затем из организма через выделительную систему. Ксенобиотики не перерабатываются ферментными системами организмов. Значительная часть канцерогенных веществ превращается в еще более опасные и токсичные вещества, чем до поступления в организм.

Долговременные последствия влияния загрязняющих веществ еще слабо изучены. Наиболее опасными ингредиентами, которые могут содержаться в продуктах питания, являются кадмий, ртуть и свинец. Взаимодействуя с белками, эти вещества блокируют различные ферментные системы и нарушают физиологические функции организма. Эти и другие тяжелые металлы могут накапливаться в органах и тканях. Кадмий активно замещает в костях кальций.

Продукты питания могут загрязняться в результате миграции вредных веществ из упаковочных материалов, применения пищевых добавок.

Повышенные дозы радиации оказывают влияние на генетический аппарат и биологические структуры организмов человека, растений и животных. Такие дозы могут выделиться в результате аварийных ситуаций на объектах, связанных с использованием атомной энергии, либо в случае ядерных взрывов.

Это предприятия, на которых получают ядерное топливо, АЭС, базы ледокольного и подводного атомных флотов, заводы по производству атомных субмарин, судоремонтные заводы, стоянки выведенных из эксплуатации атомных кораблей. Особую опасность представляют хранилища ядерных отходов и предприятия по их переработке. Высокая стоимость технологии служит ограничением переработки отработанного ядерного топлива. Сегодня в Россию ввозятся ядерные отходы многих государств.

Атомные электростанции в настоящее время входят в ряд традиционных источников получения энергии. Использование атомной энергии в мирных целях, безусловно, имеет свои преимущества, оставаясь при этом объектом потенциального риска не только для регионов, где располагаются АЭС.

В XX в. в России произошли две крупные аварии, которые по своему воздействию на окружающую среду и человека носят катастрофический характер.

1957 г. - военное производственное объединение «Маяк»: утечка радиоактивных отходов, сбрасываемых и хранившихся в «бессточном» озере. Это озеро имело фон 120 млн кюри. Нанесен ущерб водным источникам, лесным и сельскохозяйственным угодьям.

1986 г. - авария на Чернобыльской атомной станции нанесла огромный ущерб не только району ее расположения.

Воздушными массами радиоактивное облако было отнесено на достаточно большое расстояние. Вокруг ЧАЭС на многие километры протянулась запретная зона для проживания людей. Но животные и птицы обитают на пораженной территории.

После этой трагедии многие страны стали ограничивать работу своих АЭС, отказываться от строительства новых. Это происходит потому, что никто не может гарантировать экологическую безопасность таких объектов.

Ежегодно происходит в среднем 45 пожаров, 15 утечек радиоактивных материалов на АЭС.

На планете Земля накопилось такое количество ядерного оружия, что его применение неоднократно могло бы уничтожить все живое на ее поверхности. Ядерными державами проводятся наземные, подземные и подводные испытания атомного оружия. Стала обязательной демонстрация мощи государства посредством производства собственного ядерного оружия. В случае возникновения военного конфликта с применением ядерного оружия может произойти атомная война, последствия которой будут самыми катастрофическими

8.2. РАДИОАКТИВНОЕ ЗАГРЯЗНЕНИЕ

Техногенное радиоактивное загрязнение биосферы – один из самых опасных для ныне существующего блока всего живого вещества. Как уже было показано, превышение определенных концентраций элементов, т.е. существенное увеличение абсолютного разброса (АР) их, опасно для всех живых организмов. Однако у урана и тория, наиболее распространенных в природе радиоактивных элементов, первоначальный абсолютный разброс довольно велик (см. гл. 3). И все же, несмотря на этот, казалось бы, благоприятный природный фактор, установлено, что даже незначительное повышение радиации сильно влияет на генетический аппарат организмов, в том числе и людей. Еще работами Н.В. Тимофеева-Ресовского было показано, что для мутаций не существует "индифферентных" доз. Число мутаций во многом определяется суммарной дозой, а не жесткостью и интенсивностью облучения. Следовательно, говоря о радиоактивном загрязнении и его последствиях, в первую очередь необходимо иметь в виду не обычные

176

химические особенности радиоактивных элементов, а их радиоактивное излучение. Поэтому даже при повышении концентраций радиоактивных элементов (изотопов), еще не страшном по изменению абсолютного разброса, появляется реальная угроза для здоровья и жизни человека вообще.

В.В. Иванов (1997), ссылаясь на работы многих исследователей, пишет: "У генетически хорошо изученных биообъектов 1% мутаций вызывается дозой ∼10 рентген, у млекопитающих и человека, вероятно, ниже. Дозы ∼100 рентген, полученные большинством индивидов популяции в течение многих поколений, вызовут изменения генотипического состава популяции и неблагоприятное изменение признаков, что было уточнено и развито после Чернобыля".

Как же происходит радиоактивное загрязнение? Чего, с этой точки зрения, остерегаться людям в производственной деятельности и в выборе места жительства? Отвечая на эти вопросы, остановимся сначала на причинах рассматриваемого техногенного загрязнения биосферы. К основным из них следует к настоящему времени относить:

                    разработку урановых месторождений;

                    перевозку руды и рудных концентратов;

                    обогащение и переработку руд;

                    хранение руд и отходов во временных хранилищах;

                    складирование "пустых пород" при отработке урановых месторождений;

                    исследование ядерных устройств в военных целях (пока они использовались только США в войне против Японии);

                    испытания ядерных устройств на военных полигонах (наземные и подземные взрывы);

                    использование наземных и подземных ядерных взрывов в "мирных целях",, к которым, в первую очередь, следует отнести взрывы для повышения нефтеотдачи пластов и для изменения рельефа местности (строительство каналов, создание карьеров и т.п.);

                    деятельность предприятий ядерно-топливного цикла;

                    деятельность энергетических ядерных реакторов (АЭС);

                    аварии на стационарных АЭС и реакторах;

                    аварии на подвижных ядерных устройствах (надводных и подводных кораблях, космических аппаратах);

177

                    аварии, связанные с ядерными устройствами, применяемыми в военных целях;

                    создание "ядерных могильников" – зон захоронения радиоактивных материалов (отходов);

                    халатное отношение к использованию приборов, эталонов и устройств с радиоактивными элементами (изотопами);

                    использование ряда минеральных удобрений;

                    сжигание на ТЭЦ и ГРЭС углей, содержащих повышенные количества радиоактивных элементов.

Таким образом, загрязнять радиоизотопами среду своего обитания и уменьшать безопасность жизнедеятельности человек начинает с разработки месторождений. Опасность радиоактивного загрязнения увеличивается на протяжении всего времени использования радиоактивных элементов. Она не исчезает и после этого периода, при захоронении радиоактивных материалов.

С учетом перспективы, к наиболее важным, связанным с радиоактивным загрязнением, следует отнести именно проблемы захоронения радиоактивных отходов. Такие отходы возникают еще при разработке месторождений, а по мере использования радиоактивных элементов масса их непрерывно возрастает. Различные отходы, образующиеся на разных этапах работ с радиоактивными элементами, имеют много специфических особенностей, которые мы не будем рассматривать. Но для всех них характерно возникновение в местах захоронения обстановки, опасной для жизнедеятельности большинства организмов, и в первую очередь для людей. Необходимо также отметить, что значительная часть всех захоронений радиоактивных веществ будет представлять опасность многие тысячелетия.

Для захоронения часто (особенно за рубежом) используется Океан. Поэтому сначала кратко рассмотрим влияние урана на жизнедеятельность морских организмов.

Сразу отметим, что воздействие урана на живые организмы имеет как химический характер, так и радиационный. С точки зрения первой части такого воздействия, уран – тяжелый элемент, удаленный от "линии жизни". Следовательно, повышение его концентрации негативно воздействует на все живые организмы. С другой стороны, уран относится к элементам с большим абсолютным разбросом (АР). Следовательно, в

178

отдельных частях биосферы организмы (а точнее живое вещество в целом) привыкли к изменениям концентраций этого металла (с позиций его химического воздействия).

Изучая радиационное воздействие урана на организмы, исследователи отмечают, что наибольшее воздействие на организмы оказывает не сам уран, а дочерние изотопы, образующиеся в результате его распада. Считается также, что воздействие каждого из них имеет индивидуальный характер. Мы же будем подразумевать суммарное воздействие и самого урана, и продуктов его распада.

В водных бассейнах и реках уран, начиная с концентрации 0,5 мг/л, задерживает рост сапрофитной микрофлоры. При концентрации около 1мг/л у многих водных организмов затруднено поглощение кислорода, при 100 мг/л полностью прекращается рост микрофлоры. Из воды уран, как и другие химические элементы, поглощается организмами. Наибольшее количество урана в водных организмах характерно для водорослей. Однако в пищевой цепи его концентрация уменьшается в направлении водоросли → животные организмы бентоса → рыбы. В конечном результате все радионуклиды переходят в осадок.