Екологія радіаційно забруднених екосистем

Особливу загрозу для здоров’я людей та існування природних біоценозів становить забруднення біосфери радіоактивними речовинами, які небезпечні своїм йонізуючим випромінюванням. Вивчення явища радіоактивності розпочалося в 1933 р. роботами французької вченої Марії Склодовської-Кюрі, а її згубної дії на процеси життєдіяльності – із застосування ядерної зброї в Хіросімі й Нагасакі (Японія) в 1945 р. Проте значного поширення дослідження згубного впливу радіації на біосферу набули з розповсюдженням ядерної зброї, розвитком атомної енергетики і особливо після найбільшої в світі техногенної аварії на Чорнобильській атомній електростанції в 1986 р. Врешті-решт людство усвідомило зростання загрози світової катастрофи в результаті безглуздого використання ядерної зброї та небезпечного «мирного» атома в енергетиці.

Розрізняють йонізуючі випромінювання природного і штучного походження. До недавнього часу, до середини XX ст., основним джерелом йонізуючого випромінювання були природні джерела – Космос, гірські породи та вулканічна діяльність. Радіацію можуть зумовити радіонукліди багатьох елементів, що входять до складу гірських порід, переважно калій-40, карбон-14, стронцій-90, цезій-137, йод-131 та багато інших.

У різних регіонах Землі рівень природної радіації сильно різниться, збільшуючись у десятки й сотні разів у районах родовищ уранових руд, радіоактивних сланців, торієвих пісків, кристалічних порід та радонових мінеральних джерел. До зон підвищеної радіоактивності в Україні належать Жовті води, Кіровоградська область, Хмельник, Миронівка, Полісся та ін. Внаслідок міграції радіонуклідів цезію, стронцію та інших з ґрунтів їх вміст у рослинах і тваринах збільшується в 50-100 разів. Середня доза йонізуючого випромінювання в сучасних промислово розвинених країнах становить 2,4 мЗв/рік. Загальний радіаційний фон на території України становить 70-200 мбер/рік. На поверхні Землі до 50 % загального радіаційного фону створює радон-222, який утворюється під час розпаду урану-238, що міститься в гірських породах.

Нині основними джерелами радіоактивного забруднення біосфери є джерела антропогенного походження: випробування ядерної зброї, аварії на атомних електростанціях, підводних човнах та виробництвах радіоактивних матеріалів тощо.

Розрізняють кілька видів йонізуючого випромінювання. Під час радіоактивного розпаду утворюються α (альфа)-, β (бета)- і γ (гамма)-частинки. Альфа-випромінювання є потоком позитивно заряджених ядер гелію, бета-випромінювання – потік негативно заряджених швидких електронів і гамма-випромінювання – короткохвильове випромінювання електромагнітної природи. Альфа-випромінювання проникає на відстань кількох сантиметрів у повітрі й кількох міліметрів -- у тканинах, гамма-випромінювання – на відстань сотень метрів.

Біологічна дія радіоактивного випромінювання полягає в ушкодженні, йонізації або збудженні молекул (у тому числі ДНК), загибелі клітин, виникненні мутацій тощо.

Кількісною оцінкою йонізації організму є доза опромінення. Кількість поглинутої одиницею маси тіла енергії радіації називають поглинутою дозою. За одиницю цієї дози прийнято грей (1 Гр = 10⁴ ерг/г). Вживають також поняття ефективна еквівалентна доза (ЕЕД), одиницею якої є зі-верт. Так, доза опромінення щитоподібної залози 1 Зв (зіверт) відповідає ЕЕД 0,03 Зв (1 Зв = 100 Бер = 10⁴ ерг/г = 1 Г_Р = 10² рад), тобто рівномірне опромінення всього тіла дозою 0,03 Зв завдає такої самої шкоди організму, як і доза 1 Зв при опроміненні тільки щитоподібної залози.

Чутливість різних організмів, а також органів одного організму до радіоактивного випромінювання неоднакова. Згідно з правилом Бергоньє - Трибондо, більшою чутливістю в межах одного організму характеризуються недиференційовані клітини й тканини, яким властива підвищена ферментативна активність. У людей і тварин – це кровотворні тканини та залози внутрішньої секреції, у рослин – меристема. Особливо чутливі до радіаційного опромінення кістковий мозок, епітелій травного каналу та клітини з високою інтенсивністю процесів відновлення.

Для оцінки токсичності дози вживають поняття середньої смертельної дози (ЛД₅₀ – летальна доза 50 %), коли гине не менш як 50 % організмів, що зазнали радіоактивного опромінення. Так, внаслідок одноразової дії у-випромінювання ЛД₅о для вірусів і бактерій становить 4500-7000 Гр, рослин – 10-1500, голубів – 25-30, собак – 2,5-10, людини – 3- 5 Гр. Радіоактивне опромінення людей дозами до 1 Гр підвищує ризик виникнення онкологічних захворювань та прояву генетичних дефектів. Дія великих доз може спричинити променеву хворобу.

Як вже зазначалося, джерела радіоактивного опромінення можуть бути природного й антропогенного походження, тому потрібно завжди враховувати дію всіх видів випромінювання. Люди і всі живі організми біосфери опромінюються переважно природними джерелами – галактичним і сонячним опроміненням. Для кожного мешканця Землі середня річна еквівалентна доза становить 2 мЗв (мілізіверти). Мешканці України, за даними Міністерства охорони здоров’я, отримують дозу опромінення 4,46 мЗв. Ця доза залежить від розташування житла над рівнем моря, наявності поблизу радіоактивних джерел та планувально-архітектурних особливостей міст.

Рівень гамма-фону в дерев’яних будівлях менший (до 50 мрад/рік), ніж у цегляних (до 100 мрад/рік) та залізобетонних (до 170 мрад/рік). До речі, варто нагадати, що авіапасажири залежно від географічної широти опромінюються дозою 300-620 мрад/год. Ефективна еквівалентна доза зовнішнього опромінення під час перебування в приміщенні становить 29 мбер/рік, а сумарна (в приміщенні та поза ним) – 35 мбер/рік. Побутового опромінення в приміщеннях людина зазнає від радону – газу без смаку і запаху. Нуклід радону-222 є α-випромінювачем. Менше радону міститься в деревині, цеглі й бетоні, більше – в граніті, пемзі, шлаку, сухій штукатурці, будівельних блоках з фосфогіпсу, в цеглі з червоної глини, отриманої з відходів виробництва глинозему, відходів збагачення титанових руд або з доменних шлаків. Використання цих матеріалів як будівельних призвело до зростання концентрації радону в житлових приміщеннях.

Звичайна концентрація радону в повітрі становить 1-20 Бк/м³, а в міських житлових приміщеннях при використанні вищеназваних матеріалів вона підвищується до 20-69 Бк/м³. Допустимий рівень радонового опромінення становить 200 Бк/м³. Багато радону утворюється під час випаровування води в котельнях та ванних кімнатах. Так, концентрація радону у ванній кімнаті в 40 разів більша, ніж у житловій. Після включення душу повітря ванної кімнати насичується радоном за 15-17 хв і потрібно понад 1,5 год, щоб його концентрація зменшилася до вихідної. Зниження дози випромінювання радону досягається частим провітрюванням приміщень, в яких знаходиться людина. Радон, потрапляючи в організм, уражує гіпофіз, надниркові залози та інші залози внутрішньої секреції. Він спричинює задуху, безсоння, тривожний стан, мігрень, серцебиття. Можуть також розвиватися злоякісні пухлини в легенях, печінці й селезінці.

Під час паління тютюну в приміщення потрапляють радіонукліди радію, торію, урану, плюмбуму, плутонію та ін. Підвищену радіоактивність мають фосфорити й сланці. Використання фосфоритів як сировини для виробництва мінеральних добрив може призвести до радіоактивного забруднення ґрунтів та ґрунтових вод.

Надзвичайно великим джерелом радіоактивного забруднення є випробування ядерної зброї. Хоча останнім часом завдяки досягнутим міжнародним угодам про обмеження випробувань ядерної зброї надходження радіонуклідів у біосферу значно зменшилося порівняно з 50-60-ми роками XX ст., проте довгоживучі радіонукліди продовжують надходити із стратосфери на поверхню Землі. Загальновідомо, що радіоактивні опади залежно від розміру часточок і висоти їх виносу в атмосферу мають різні терміни осідання.

За розмірами частинок радіонукліди поділяють на локальні, або ближні (понад 10 мкм), тропосферні (кілька мікрометрів) та стратосферні, або глобальні (десяті й соті частки мікрометра). Радіоактивні частинки можуть викидатися на висоту до 30 км. Під час вибухів ядерних бомб і великих аварій на атомних електростанціях радіаційне забруднення поширюється по всій планеті й може випадати з осадами на землю впродовж багатьох років. Коли в 1986 р. на Чорнобильській атомній електростанції, розташованій на відстані 80 км від Києва, сталася аварія, яку вважають найбільшою техногенною катастрофою в історії людства, внаслідок викиду радіоактивного палива відбулося забруднення атмосфери над усією планетою. Багато радіонуклідів потрапили в організм людини через органи травлення, дихання та шкіру, але найбільше їх потрапляло з їжею. Відразу після аварії основним радіонуклідом був радіоактивний йод-131, що спочатку накопичується в щитоподібній залозі, а потім з її гормонами надходить до печінки і виводиться через нирки. Радіоактивний цезій-137 накопичується переважно в м’язах. Дуже небезпечними є радіоактивні нукліди стронцію-90, плутонію-240 та плюмбуму-239. Усього в атмосферу надійшло 77 кг радіоактивних речовин, що відповідає випроміненню 1019 Бк або 50 млн Кі. Із загального радіоактивного викиду на територію України потрапило 25 %, Білорусі – 70, Росії та інших країн – 5 %. Внаслідок цієї аварії в Україні в зоні забруднення опинилися 11 областей, до складу яких входить 169 населених пунктів та міста Прип’ять і Чорнобиль. Радіоактивного ураження зазнало 2,5 млн людей. Найбільше постраждала від радіації Житомирська область, де на забрудненій території проживає 362 тис. людей.

Відбулося також забруднення поверхневих джерел водопостачання міста Києва. В перший період ліквідації наслідків аварії основна маса радіоактивного забруднення осіла в намулах Київського водосховища. Як свідчать дані моніторингових спостережень, відбувається неухильне просування радіоактивного бруду в донних відкладах на південь, вниз по каскаду Дніпровських водосховищ. Це викликає загрозу погіршення радіаційного стану в Черкасах, Дніпропетровську, Запоріжжі та інших містах Придніпров’я.

Дуже важливою проблемою сучасної атомної енергетики є організація ефективного захоронення відходів атомних електростанцій та відпрацьованих радіоактивних матеріалів. Особливою проблемою є будівництво в Україні постійного сховища відходів атомної енергетики.

Дата добавления: 2014-11-06