Источники радиоактивного загрязнения Развитие жизни на Земле всегда происходило в присутствии радиацион-ного фона окружающей среды. Радиоактивное излучение определяется естест-венным радиационным фоном и искусственным. Естественный радиационный фон – представляет собой ионизирующее излучение от природных источников космического и земного происхождения, действующих на человека на поверх-ности земли. Космические лучи представляют собой поток частиц (протонов, альфа-частиц, тяжёлых ядер) и жёсткого гамма-излучения (это так называемое первичное космическое излучение). При взаимодействии его с атомами и моле-кулами атмосферы возникает вторичное космическое излучение, состоящее из мезонов и электронов. Естественное радиоактивные элементы условно можно разделить на три группы: 1. изотопы радиоактивных семейств урана, тория и актиноурана; 2. не связанные с первой группой радиоактивные элементы – калий - 40, каль-ций – 48, рубидий – 87 и др.; 3. радиоактивные изотопы, возникающие под действием космического излуче-ния – углерод – 14 и тритии. Технически изменённый радиационный фон представляет собой ионизи-рующее излучение от природных источников, претерпевших определённые из-менения в результате деятельности человека. Например, поступление радио-нуклидов в биосферу вместе с извлечёнными на поверхность земли из недр по-лезными ископаемыми (главным образом минеральными удобрениями), в ре-зультате сгорания органического топлива, излучения в помещениях, построен-ных из материалов, содержащих естественные радионуклиды, а также облуче-ния за счёт полётов на современных самолётах. Излучение, обусловленное рассеянными в биосфере искусственными ра-дионуклидами, представляет собой искусственный радиационный фон (аварии на АЭС, отходы предприятий ядерной энергетики, использование искусствен- ных ионизирующих излучений в медицине, народном хозяйстве). Радиоактивное загрязнение природных средств на территории Россий-ской Федерации в настоящее время обусловлено следующими источниками: - глобально распределёнными долгоживущими радиоактивными изотопами – продуктами испытаний ядерного оружия, проводивших в атмосфере и под землёй; - выбросом радиоактивных веществ из 4-го блока Чернобыльской АЭС в ап-реле – мае 1986 года; - плановыми и аварийными выбросами радиоактивных веществ в окружаю-щую среду от предприятий атомной промышленности; - выбросами в атмосферу и сбросами в водные системы радиоактивных ве-ществ с действующих АЭС в процессе их нормальной эксплуатации; - привнесенной радиоактивностью (твёрдые радиоактивные отходы и радио-активные источники). Атомная энергетика вносит весьма незначительный вклад в изменение радиационного фона окружающей среды при нормальной работе ядерных уста-новок. АЭС является лишь частью ядерного топливного цикла, который начи-нается с добычи и обогащения урановой руды. Отработанное в АЭС ядерное топливо иногда подвергается вторичной обработке. Заканчивается процесс, как правило, захоронением радиоактивных отходов. Но в результате аварий на АЭС в окружающую среду могут попасть большое количество радионуклидов. Возможны аварии с локальными загрязне-ния только технологических помещений. Также случаются аварии, которые со-провождаются выбросом в окружающие среду радиоактивных веществ в коли-чествах, превышающие установленные пределы. Большую опасность при этом имеют выбросы в атмосферу. Аварийный выброс в водную среду, по мнению специалистов, менее вероятное событие и будет характеризоваться более низ-кими уровнями воздействия. Также большое значение как источника радиации имеют ядерные взры-вы. При испытаниях ядерного оружия в атмосфере часть радиоактивного мате-риала выпадает неподалеку от места испытания, какая-то часть задерживается в нижнем слое атмосферы, подхватывается ветром и переносится на большие расстояния. Находясь в воздухе около месяца, радиоактивные вещества во вре-мя этих перемещений постепенно выпадают на землю. Однако, большая часть радиоактивного материала выбрасывается в атмосферу (на высоту 10-15 км), где он остаётся многие месяцы, медленно опускаясь и рассеиваясь по всей по-верхности земного шара. Семипалатинский полигон занимает особое место в истории испытаний ядерного оружия в бывшем Советском Союзе. Именно здесь 29 августа 1949 года произошёл первый низкий воздушный взрыв. В настоящее время установ-лено, что этот взрыв оказал на Алтай максимальное радиационное воздействие. Всего за период с 1949 по 1990 годы на Семипалатинском полигоне было про-изведено около 470 ядерных взрывов (из них 120 воздушных), правда, после 1963 года взрывы производились исключительно под землёй на различной глу-бине в рамках программы по мирному использованию ядерной энергии. Рос-сийский зелёный Крест выделил 22 взрыва, радиационное воздействие которых (полностью или частично) сказалось на территории края. В зоне радиоактивно-го загрязнения расположено 27 районов 45 городов с населением 1600 тыс че-ловек, то есть 60,9 % населения Алтайского края могли периодически подвер-гаться облучению. В настоящее время большой вклад в дозу получаемую человеком вносят медицинские процедуры и методы лечения, связанные с применением радиоак-тивности. Большой ущерб окружающей среде могут нанести также атомные подводные лодки с не выгруженным топливом в реакторах. Так в 1985 году от теплового взрыва реактора в бухте Чажма на Дальнем Востоке погибли люди, произошёл мощный радиоактивный выброс, и это облако двинулось в сторону Владивостока. Также проблемы могут возникать при не правильной транспортировке радиоактивных отходов на комбинат по переработке этих отходов, хранении жидких и твёрдых радиоактивных отходов. Таким образом, из всего выше сказанного можно сделать вывод, что в изменении радиационного фона окружающей среды большой вклад вносят АЭС, ядерные взрывы и радиоактивные отходы.
1.2. Влияние облучения растений на качество продукции растениеводства Продовольственное и техническое качество продукции – зерна, клубней, масличных семян, корнеплодов, получаемой от облучённых растений, сколько- либо существенно не ухудшается даже при снижении урожая до 30-40 %. Содержание белка и клейковины в зерне пшеницы, рассчитанное на еди-ницу массы, не снижается, однако общий выход заметно уменьшается в резуль-тате больших потерь урожая зерна. Содержание масла в семенах подсолнечника и лотса зависит от дозы об-лучения, получаемой растениями, и фазы их развития в момент начала облуче-ния. Аналогичная зависимость наблюдается и по выходу сахара в урожае кор-неплодов облучённых растений свеклы. Содержание витамина С в плодах то-матов, собранных с облучённых растений, зависит от фазы развития растений в период начала облучения и дозы облучения. Например, при облучении расте-нии во время массового цветения и начала плодоношения дозами 3 – 15 кР со-держание в плодах томатов витамина С повышалось по сравнению с контролем на 3 – 25 %. Облучение растений в период массового цветения и начало пло-доношения дозой до 10 кР затормаживает развитие семян у формирующихся плодов, которые обычно становятся бессемянными. Аналогичная закономерность получена в опытах с картофелем. При об-лучении растений в период клубнеобразования урожай клубней при облучении дозами 7 – 10 кР практически не снижается. Если растения облучаются в более раннюю фазу развития, урожай клубней уменьшается в среднем на 30 – 50 %. Кроме того, клубни получаются не жизнеспособными из-за стерильности глаз-ков. Облучение вегетирующих растений не только приводит к уменьшению их продуктивности, но и снижает посевные качества формирующихся семян. Так при облучении вегетирующих растений не только приводит к уменьшению их продуктивности, но и снижает посевные качества формирующихся семян. Так при облучении зерновых культур в наиболее чувствительные фазы разви-тия (кущение, выход в трубку) сильно снижается урожай, однако всхожесть по-лучаемых семян существенно снижается, что даёт возможность не использовать их для посева. Если же растения облучают в начале молочной спелости (когда происходит формирование звена) даже в относительно высоких дозах, урожай зерна сохраняется практически полностью, однако такие семена не могут быть использованы для посева ввиду предельно низкой всхожести. Таким образом радиоактивные изотопы не вызывают заметных повреж-дений растительных организмов, однако в урожае сельскохозяйственных куль-тур они накапливаются в значительных количествах.
1.3. Накопление радионуклидов в почвах и растениях Значительная часть радионуклидов находится в почве, как на поверхно-сти, так и в нижних слоях, при этом их миграция во многом зависит от типа почвы, её гранулометрического состава, водно-физических и агрохимических свойств. Основными радионуклидами, определяющими характер загрязнения, в нашей области является цезий – 137 и стронция – 90, которые по разному сор-тируются почвой. Основной механизм закрепления стронция в почве – ионный обмен, цезия – 137 обменной формой либо по типу ионообменной сорбции на внутренней поверхности частиц почвы. Поглощение почвой стронция – 90 меньше цезия – 137, а следовательно, он является более подвижным радионуклидом. В момент выброса цезия – 137 в окружающие среду, радионуклид изна-чально находится в хорошо растворимом состоянии (парогазовая фаза, мелко-дисперсные частицы и т.д.) В этих случаях поступления в почву цезий – 137 легко доступен для ус-воения растениями. В дальнейшем радионуклид может включаться в различные реакции в почве и подвижность его снижается, увеличивается прочность закре-пления, радионуклид “стареет”, а такое “старение” представляет комплекс поч-венных кристаллохимических реакций с возможным вхождением радионуклида в кристаллическую структуру вторичных глинистых минералов. Механизм закрепления радиоактивных изотопов в почве, их сорбция име-ет большое значение, так как сорбция определяет миграционные качества ра-диоизотопов, интенсивность поглощения их почвами, а, следовательно, и спо-собность проникать их в корни растений. Сорбция радиоизотопов зависит от многих факторов и одним из основных является механический и минералогиче-ский состав почвы тяжёлыми по гранулометрическому составу почвами погло-щённые радионуклиды, особенно цезий – 137, закрепляются сильнее, чем лёг-кими и с уменьшением размера механических фракций почвы прочность закре-пления ими стронция – 90 и цезия – 137 повышается. Наиболее прочно закреп-ляются радионуклиды илистой фракцией почвы. Большему удержанию радиоизотопов в почве способствует наличие в ней химических элементов, близких по химическим свойствам к этим изотопам. Так, кальций – химический элемент, близкий по своим свойствам стронцию – 90 и внесение извести, особенно на почвы с высокой кислотностью, ведёт к увеличению поглотительной способности стронция – 90 и к уменьшению его миграции. Калий схож по своим химическим свойствам с цезием – 137. Калий, как неизотопный аналог цезия находится в почве в макроколичествах, в то вре-мя как цезий – в ультромикроконцентрациях. Вследствие этого в почвенном растворе происходит сильное разбавление микроколичеств цезия – 137 ионами калия, и при поглощении их корневыми системами растений отмечается конку-ренция за место сорбции на поверхности корней. Поэтому при поступлении этих элементов из почвы в растениях наблюдается антагонизм ионов цезия и калия. Кроме того эффект миграции радионуклидов зависит от метеорологиче-ских условий (количество осадков). Установлено, что стронций – 90 попавший на поверхность почвы, вымы-вается дождём в самые нижние слои. Следует заметить, что миграция радио-нуклидов в почвах протекает медленно и их основная часть находится в слое 0 – 5 см. Накопление (вынос) радионуклидов сельскохозяйственными растениями во многом зависит от свойства почвы и биологической особенности растений. На кислых почвах радионуклиды поступают в растения в значительно больших количествах, чем из почв слабокислых. Снижение кислотности почвы, как пра-вило, способствует уменьшению размеров перехода радионуклидов в растения. Так, в зависимости от свойства почвы содержание стронция – 90 и цезия – 137 в растениях может изменяться в среднем в 10 – 15 раз. А межвидовые различия сельскохозяйственных культур в накопление этих радионуклидов наблюдается зернобобовыми культурами. Например, стронций – 90 и цезий – 137, в 2 – 6 раз поглощается интенсивное зернобобо- выми культурами, чем злаковыми. Поступление стронция – 90 и цезия – 137 в травистой на лугах и паст-бищах определяется характером распределения в почвенном профиле. В загрязнённой зоне, луга Рязанской области загрязнены на площади 73491 га, в том числе с плотностью загрязнения 1,5 Ки/км2 - 67886 (36 % от общей площади), с плотностью загрязнения 5,15 Ки/км2 - 5605 га (3%). На целинных участка, естественных лугах, цезий находится в слое 0-5 см, за прошедшие годы после аварии не отмечена значительная вертикальная миграция его по профилю почвы. На перепаханных землях цезий – 137 нахо-дится в пахотном слое. Хотя уровень загрязнения лугов в Рязанской области не очень высокий, но требует проведения определённых агротехнических мероприятий, направ-ленных на ослабление влияния радионуклидов на сельскохозяйственную про-дукцию. Пойменная растительность в большей степени накапливает цезий – 137, чем суходольная. Так при загрязнении поймы 2,4 Ки/км2 в траве было обнару-жено Ки/кг сухой массы, а на суходольной при загрязнении 3,8 Ки/км2 в траве содержалось Ки /кг. Накопление радионуклидов травянистыми растениями зависит от осо-бенностей строения дернины. На злаковом лугу с мощной плотной дерниной содержание цезия – 137 в фитомассе в 3 – 4 раза выше, чем на разнотравном с рыхлой маломощной дерниной. Культуры с низким содержанием калия меньше накапливают цезия. Зла-ковые травы накапливают меньше цезия по сравнению с бобовыми. Растения сравнительно устойчивы к радиоактивному воздействию, но они могут накап-ливать такое количество радионуклидов, что становятся не пригодными к упот-реблению в пищу человека и на корм скоту. Поступление цезия – 137 в растения зависит от типа почвы. По степени уменьшения накопления цезия в урожае растения почвы можно расположить в такой последовательности: дерново-подзолистые супесчаные, дерново-подзо-листые суглинистые, серая лесная, чернозёмы и т.д. Накопление радионуклидов в урожае зависит не только от типа почвы, но и от биологической особенности растений. Отмечается, что кальциелюбивые растения обычно поглощают больше стронция – 90,чем растения бедные кальцием. Больше всего накапливают стронций – 90 бобовые культуры, меньше корнеплоды и клубнеплоды, и ещё меньше злаковые. Накопление радионуклидов в растении зависит от содержания в почве элементов питания. Так установлено, что минеральное удобрение, внесённое в дозах N 90, Р 90, увеличивает концентрацию цезия – 137 в овощных культурах в 3 – 4 раза, а аналогичные внесения калия в 2 – 3 раза снижает его содержание. Положительный эффект на уменьшение поступления стронция – 90 в урожай зернобобовых культур оказывает содержание кальций содержащих ве-ществ. Так например внесение в выщелочный чернозём извести в дозах, экви-валентных гидролитической кислотности, уменьшает поступление стронция – 90 в зерновые культуры в 1,5 – 3,5 раза. Наибольший эффект на снижение поступления стронция – 90 в урожай растений достигает внесением полного минерального удобрения на фоне доло-мита. На эффективность накопления радионуклидов в урожае растений оказы-вают влияние органические удобрения и метеорологические условия, а также и время их пребывание в почве. Установлено, что накопление стронция – 90, це-зия – 137 через пять лет после их попадания в почву снижается в 3 – 4 раза. Таким образом миграция радионуклидов во многом зависит от типа поч-вы, её механического состава, водно-физических и агрохимических свойств. Так на сорбцию радиоизотопов влияют многие факторы, и одним из основных являются механический и минералогический сосав почвы. Тяжёлыми по меха-ническому составу почвами поглощённые радионуклиды, особенно цезий – 137, закрепляются сильнее, чем лёгкими. Кроме того эффект миграции радионукли-дов зависит от метеорологических условий (количества осадков). Накопление (вынос) радионуклидов сельскохозяйственными растениями во многом зависит от свойства почвы и биологической способности растений.
1.4. Пути миграции радионуклидов в окружающей среде Радиоактивные вещества попадающие в атмосферу, в конечном счёте концентрируются в почве. Через несколько лет после радиоактивных выпаде-ний на земную поверхность поступления радионуклидов в растения из почвы становится основным путём попадания их в пищу человека и корм животным. При аварийных ситуациях, как показала авария на Чернобыльской АЭС, уже на второй год после выпадений основной путь попадания радиоактивных веществ в пищевые цепи - поступление радионуклидов из почвы в растения. Радиоактивные вещества, попадающие в почву, могут из неё частично вымываться и попадать в грунтовые воды. Однако почва довольно прочно уде-рживает попадающие в неё радиоактивные вещества. Поглощение радионук-лидов обуславливает очень длительное (в течение десятилетий) их нахождение в почвенном покрове и непрекращающееся поступления в сельскохозяйствен-ную продукцию. Почва как основной компонент агроценоза оказывает опреде-ляющее влияние на интенсивность включения радиоактивных веществ в кор-мовые и пищевые цепи. Поглощение почвами радионуклидов препятствует их передвижению по профилю почв, проникновению в грунтовые воды и в конечном счёте опреде-лят их аккумуляцию в верхних почвенных горизонтах. Механизм усвоения радионуклидов корнями растений сходен с погло-щением основных питательных веществ – макро и микроэлементов. Опреде-лённое сходство наблюдается в поглощении растениями и передвижения по ним стронция – 90 и цезия – 137 и их химических аналогов – кальция и калия поэтому содержание данных радионуклидов в биологических объектах иногда выражают по отношению к их химическим аналогам, в так называемых строн-циевых и цезиевых единицах. Радионуклиды Ru – 106, Ce – 144, Co – 60 концентрируются преимущест-венно в корневой системе и в незначительных количествах передвигаются в на-зёмные органы растений. В отличие от них стронций – 90 и цезий – 137 в отно-сительно больших количествах накапливаются в наземной части растений. Радионуклиды, поступившие в подземную часть растений, в основном концен-трируются в соломе (листья и стебли), меньше – в мягкие (колосья, метёлки без зерна. Некоторые исключения из этой из этой закономерности составляет це-зий, относительное содержание которого в семенах может достигать 10 % и выше общего количества его в надземной части. Цезий интенсивно передвига-ется по растению и относительно в больших количествах накапливается в мо-лодых органах, чем очевидно вызвана повышенная концентрация его в зерне. В общем накопление радионуклидов и их содержание на единицу массы сухого вещества в процессе роста растений наблюдается такая же закономер-ность, как и для биологически важных элементов: с возрастом растений в их надземных органах увеличивается абсолютное количество радионуклидов и снижается содержание на единицу массы сухого вещества. По мере увеличения урожая, как правило, уменьшается содержание радионуклидов на единицу мас-сы. Из кислых почв радионуклиды поступают в растения в значительно больших количествах, чем из почв слабокислых, нейтральных и слабо щелоч-ных. В кислых почвах повышается подвижность стронция – 90 и цезия – 137 снижается прочность их растениями. Внесение карбонатов кальция и калия или натрия в кислую дерново-подзолистую почву в количествах, эквивалентных гидролической кислотности, снижает размеры накопления долгоживущих ра-дионуклидов стронция и цезия в урожае. Существует тесная обратная зависимость накопления стронция – 90 в растениях от содержания в почве обменного кальция (поступление стронция уменьшается с увеличением содержания обменного кальция в почве). Следовательно, зависимость поступления стронция – 90 и цезия –137 из почвы в растения довольно сложная, и не всегда её можно установить по како-му-либо одному из свойств, в разных почвах необходимо учитывать комплекс показателей. Пути миграции радионуклидов в организм человека различны. Значи-тельная их доля поступает в организм человека по пищевой цепи: почва – рас-тения – сельскохозяйственные животные – продукция животноводства – чело-век. В принципе радионуклиды могут поступать в организм животных через органы дыхания, желудочно-кишечный тракт и поверхность кожи. Если в пе-риод радиоактивных выпадений крупных рогатый скот находится на пастбище, то поступление радионуклидов может составить (в относительных единицах): че-рез пищеварительный канал 1000, органы дыхания 1, кожу 0,0001. Следова-тельно, в условиях радиоактивных выпадений основное внимание должно быть обращено на максимально возможное снижение поступления радионуклидов в организм сельскохозяйственных животных через желудочно-кишечный тракт. Так как радионуклиды поступая в организм животных и человека могут накапливаться и оказывая неблагоприятное воздействие на здоровье и гено-фонд человека необходимо проводить мероприятия, снижающие поступление радионуклидов в сельскохозяйственные растения, снижение накопления радио-активных веществ в организмах сельскохозяйственных животных.
