Запитання для самоперевірки
1. Які найбільш шкідливі для людини речовини, що накопичуються у атмосфері, ви знаєте? Дайте їм коротку характеристику.
2. Що вивчає екотоксикологія і екотоксикохімія?
3. Який негативний вплив на довкілля чинить автотранспорт?
4. Що таке “парникові гази” і до яких змін у біосфері вони можуть призвести?
5. На які види поділяться стічні води, назвіть джерела їх утворення?
6. Яку небезпеку для довкілля несуть побутові та промислові відходи?
Розділ 24 радіація та радіоактивне забруднення
Радіаційне забруднення є і залишиться найбільш гострим екологічним питанням для людства надовго. І це пов’язано навіть не стільки з атомною енергетикою (хоча через зрозумілі причини в наш час з нею насамперед), а з тим, що завдяки НТР радіоактивні речовини дуже широко використовуються в промисловій практиці, а також в побуті.
Проте бездумне їх використання призводить до фатальних наслідків. Недавно в деяких областях України санітарні служби проводили комплексну перевірку шкіл, ПТУ, медичних установ на предмет дотримання правил безпеки при роботі з радіоактивними речовинами. Це рентген-апарати, різні прилади для аналізів, наочне приладдя в фізичних кабінетах і т. ін. Результати були просто вражаючі – знаходили чимало розгерметизованих капсул з радіоактивними речовинами, рівень радіації в таких місцях часто перевищував норму. Свого часу пресу обійшов зовсім страшний факт – бетонна панель житлового будинку в Краматорську випромінювала потужний направлений пучок радіоактивного проміння, і в цій квартирі вмирали діти. Виявилось, що хтось викинув відпрацьовані радіоактивні капсули в кар’єр, з якого брали щебінь для ДБК. І таких випадків недбалого відношення до радіоактивних речовин багато. Якщо ж врахувати, що фактично більшість території України знаходиться під радіоактивним впливом після Чорнобильської аварії, і захисні імунні функції багатьох людей внаслідок цього послаблені, то такі випадки можуть призвести до жахливих наслідків [73].
В 1955 р. Генеральною асамблеєю ООН був створений науковий комітет з дії радіації, метою якого стало вивчення радіаційного випромінювання на організм людини. МАГАТЕ – міжнародна організація для розвитку співпраці в галузі мирного використання атомної енергії. Заснована в 1957 році. Штаб-квартира розташована у Відні (Міжнародний Віденський Центр). До функцій Агентства входить:
– заохочення досліджень і розробок по мирному використанню атомної енергії;
– заохочення обміну науковими досягненнями і методами;
– формування і вживання системи гарантій того, що цивільні ядерні програми і розробки не використовуватимуться у військових цілях;
– розробка, встановлення і адаптація норм в галузі охорони здоров'я і безпеки.
Природні джерела радіації
Основну частину опромінення людство отримує від природних джерел радіації.
Зовнішнє опромінення. Рівень радіоактивного фону залежить від залягання радіоактивних порід в тому чи іншому місці. Основні радіоактивні ізотопи гірських порід – калій К40, рубідій Rb і елементи двох радіоактивних родин: U238 і Th232. Близько 95% населення світу живе в містах з рівнем опромінення 0.3-0.6 мЗв/рік. Але є в світі місця, де рівні радіації набагато вищі. Біля м. Паус-ді-Калдас в Бразилії є невелике узвишшя, де рівень радіації у 800 раз перевищує середній. В курортному містечку Гуарапарі, який знаходиться на відстані 600 км від цього горба, рівень радіації в 400 раз вищий за середній. Це місто стоїть на пісках з підвищеним вмістом Th232. В іншій частині світу – в Індії, штаті Тамілнад, 70 тис. чол. живуть на прибережній смузі завдовжки 55 км, вздовж якої теж тягнуться піски з Тh. В Ірані, в містечку Рамор, є водні джерела збагачені радієм, що створює радіоактивний фон у 800 раз вищий за середній. Такі аномальні зони є і на Вінниччині. Наприклад, у м. Хмільнику. Це пов’язано з близьким заляганням до поверхні радонових вод.
До 15% радіоактивного випромінення вносять космічні промені. Вони приходять з глибин Всесвіту, проте частина їх утворюється в результаті спалахів Сонця (первинне випромінювання). Космічні промені проникають в атмосферу і породжують вторинне випромінення. Північний і південний полюси отримують більше радіації, ніж екваторіальні області, що спричиняється магнітним полем Землі, оскільки космічні промені – це, в основному, заряджені частинки (електрони і α-частинки). Рівень радіаційного опромінення зростає з висотою. Люди, які живуть в горах, отримують в декілька разів більшу еквівалентну дозу, ніж ті, що живуть на рівні моря. А рівень опромінення пасажирів в літаках зростає в 25 разів.
Рисунок 24.1– Джерела радіації
Внутрішнє опромінення. В середньому 2/3 ефективної еквівалентної дози опромінення, яку людина отримує від природних джерел, попадає в організм людини з їжею, водою і повітрям. Наприклад, нукліди Рb210 і Ро210 концентруються в рибі і молюсках, тому люди, які харчуються в основному рибою, можуть отримати високі дози опромінення. На крайній Півночі люди харчуються, в основному, м’ясом північного оленя (карібу), де обидва цих радіонукліди присутні у високих концентраціях. Ці ізотопи попадають в організм оленів взимку, коли ті харчуються ягелем (мохом), де і накопичуються ці речовини.
Тільки недавно зрозуміли, що найбільш вагомим з усіх природних джерел радіації є важкий (в 7,5 раза важчий за повітря) газ радон. Його вклад – 3/4 річної еквівалентної дози з усіх земних джерел радіації.
Більшу частину цієї дози людина отримує від радіонуклідів, які попадають в організм разом з повітрям, особливо в непровітрюваних приміщеннях. Більша частина опромінення, взагалі-то, зумовлюється не так радоном, як продуктами його радіоактивного розпаду.
Радон вивільняється із земної кори скрізь, проте концентрація його в різних точках земної кулі різна (Бк/м): Цинцинатті – 9,6; Париж – 9,3; Нью-Йорк – 4,8; Токіо – 2,1; Полінезія – 0,02.
Хоча це звучить парадоксально, але концентрація радону в закритих приміщеннях, які не провітрюються, набагато вища, ніж на вулиці. Радон просочується, в основному, через фундамент і підлогу з ґрунту, особливо якщо будинок стоїть на ґрунтах з підвищеним вмістом радіоактивних речовин. Наприкінці ХХ ст. будинки, в яких концентрація радону в 5000 разів перевищувала середню, були знайдені в Швеції і Фінляндії, а в 1982 році – в США і Англії.
Найрозповсюдженіші будівельні матеріали – ліс, цегла, бетон виділяють відносно небагато радону. Граніт і пемза є більш радіоактивними. Але були знайдені будівельні матеріали із ще більшими рівнями радіоактивності. Протягом десятків років в Швеції при виробництві бетону використовували глинозем. Але в середині 70-х років виявилось, що глинозем досить радіоактивний.
Вміст радіоактивних речовин в будівельних матеріалах такий (Бк/кг): дерево – 1,1; пісок – 34; цегла – 126; граніт – 170; глинозем – 1367; фосфогіпс – 574; кальцій-силікатний шлак – 2190; уранові відходи – 4625.
Але головне джерело емісії радону – з ґрунту. Концентрація радону на верхніх поверхах будинків менша, ніж на нижніх і швидкість проникання радону визначається кількістю тріщин в міжповерхових перекриттях і фундаментах. Тому одним із методів боротьби з накопиченням радону є шпаклювання тріщин і встановлення систем вентиляції в підвалах. Крім того, емісія радону із стін зменшується в 10 разів при облицюванні їх полімерними матеріалами.
Іншими джерелами радону в житло людини є вода і природний газ. Особливо багато радону у воді з артезіанських колодязів. Найбільшу небезпеку спричиняє попадання парів води з високим вмістом радону в легені людини разом з повітрям, що часто відбувається у ванних кімнатах. Дослідження будинків в Фінляндії показало, що вміст радону у ванні в 3 рази вищий, ніж на кухні, і в 40 разів вищий, ніж в інших кімнатах. Радон проникає також в природний газ під землею. Тому, якщо на кухні погано працює витяжка, то концентрація радону різко збільшується.
В останні роки, особливо в північних країнах, проводились різні заходи щодо економії енергії. Герметизувались приміщення, зменшувались швидкості вентиляції приміщень. Це призвело до того, що концентрація радону в будинках у Швеції – підвищилась у 3 рази.
Рівень радіоактивного забруднення зростає також в результаті спалювання твердого палива. Хоча вміст радіоактивних речовин у вугіллі невисокий, більша їх частина концентрується в шлакові і золі, які попадають в атмосферу у вигляді пилу. Ще одне джерело радону – геотермальні станції.
Штучні джерела радіації, створені людиною
За останні декілька десятиліть людина створила декілька сотень штучних радіонуклідів і навчилась використовувати енергію атома з різною метою – в медицині, для створення атомної зброї, для виробництва енергії і попередження пожеж, для виготовлення циферблатів з підсвічуванням і пошуку корисних копалин тощо.
До недавнього часу основний вклад в дозу, яку отримувала людина від техногенних джерел радіації, вносили медичні процедури і методи лікування, пов’язані з радіоактивністю. Одним із найрозповсюдженіших видів медичних апаратів є рентгенівський апарат. Зараз розповсюджуються і складні діагностичні методи, які пов’язані з використанням радіоізотопів.
Як це не парадоксально, але одним із основних методів боротьби з раком є променева терапія. Звичайно, дози опромінення, які отримують хворі онкологічними захворюваннями досить великі, проте більшість з них – люди старшого віку, тому генетичні наслідки цього незначні. Зараз у світі понад 4000 установок радіотерапії.
За даними НКДАР ООН вклад штучних джерел радіації такий (рис. 24.2):
Рисунок 24.2
В принципі, опромінення в медицині направлено на те, щоб вилікувати хворого. Проте нерідко дози є невиправдано високими – їх можна було б суттєво зменшити без зниження ефективності діагностики. В розвинутих країнах на кожного із 1000 жителів приходиться від 300 до 900 обстежень на рентгенівських установках, причому більшість з них – це рентгенографія грудної клітки.
Але в міру того, як частота захворювань туберкульозом в світі знижується, масові обстеження потрібно здійснювати альтернативними методами. Крім того, при несправних медичних установках, що теж буває, рівень радіоактивного опромінення різко збільшується. Слід відзначити, що впровадження в середині 70-х років в медичну практику комп’ютерної томографії дозволило зменшити рівень опромінення при діагностиці від 5 до 50 разів в порівнянні із звичайними рентгенівськими методами.
Дія радіації на людину
Радіація за своєю природою шкідлива для життя у будь-яких дозах. Малі дози опромінення можуть спричиняти рак або генетичні порушення. При великих дозах радіації руйнуються клітини органів, що викликає швидку смерть людини. Шкідливий вплив великих доз опромінення проявляється протягом кількох годин або діб. Ракові захворювання проявляються через багато років після опромінення. А спадкові хвороби, викликані ураженням генетичного апарату, проявляються тільки в наступному або більш віддалених поколіннях. Навіть якщо ефекти і проявляються, то важко довести, що вони є наслідком опромінення, а не викликані іншими причинами.
Щоб викликати гостре ураження організму, дози опромінення повинні перевищити “пороговий рівень”, проте це не стосується ракових захворювань і генетичних наслідків. Для цього досить і мінімальної дози. Проте мова йде не про 100% ймовірність виникнення хвороб. Будь-яка людина, на яку подіяло радіоактивне випромінення, не обов’язково повинна захворіти раком чи стати носієм генетичних хвороб, але ймовірність або ризик таких наслідків зростає.
Величина дози, яка визначає серйозність ураження організму, залежить від того, чи одразу отримує її організм, чи в кілька прийомів. Більшість органів встигає тією чи іншою мірою залікувати радіаційні ураження, тому краще сприймає серію дрібних доз, ніж сумарну дозу, отриману за один прийом.
Якщо людина отримує дозу порядку 100 Гр, то це викликає такі серйозні ураження центральної нервової системи, що смерть наступає через декілька годин або днів. При дозах опромінення від 10 до 50 Гр людина-помирає через 1-2 тижні від крововиливу в шлунково-кишковому тракті. При дозі 3-5 Гр через руйнування клітин червоного кісткового мозку (головного компонента і кровотворної системи людини) половина опромінених вмирає через 1-2 місяці [91].
На щастя у червоного кісткового мозку велика регенераційна здатність і якщо доза опромінення не перевищує 0,5 Гр або опромінювалось не все тіло, клітини мозку відновлюються. При кількох рентгенівських обстеженнях за рік людина отримує дозу опромінення до 0,04 Зв (400 мбер), при постійному тривалому щоденному перегляді телепередач – 0,0002-0,0005 Зв (2-5 мбер/рік), при тривалому перебуванні на сонці, особливо на пляжі – 0,01-0,05 Зв (100-5 – мбер/рік).
Репродуктивні органи і очі найбільш чутливі до радіації. Однократне опромінення статевих органів чоловіків дозою всього 0.1 Гр призводить до тимчасової стерильності. Для жінок це становить 3 Гр (табл. 24.1).
Таблиця 24.1. – Ступені опромінення організму людини
Доза опромінення |
Ступінь опромінення, наслідки |
4,5 Зв (450 бер) |
Важкий ступінь променевої хвороби (помирає 50% опромінених) |
1 Зв (100 бер) |
Нижній рівень розвитку легкого ступеня променевої хвороби |
0,75 Зв (75 бер) |
Короткочасні незначні зміни складу крові |
0,30 Зв (30 бер) |
Опромінення при рентгеноскопії шлунку (місцеве) |
0,25 Зв (25 бер) |
Допустиме аварійне опромінення персоналу АЕС (разове) |
0,05 Зв (5 бер) |
Допустиме опромінення персоналу АЕС за нормальних умов за рік |
0,03 Зв (3 бер) |
Опромінення при рентгенографії зубів |
0,05 Зв (500 мбер) |
Допустиме опромінення населення за нормальних умов за рік |
0,01 Зв (100 мбер) |
Фонове опромінення за рік |
0,0001 Зв (1 мкбер) |
Перегляд одного футбольного матчу по телевізору |
Найбільш уразливою для радіації частиною є кришталик. Клітини, які загинули, стають непрозорими, а розростання помутнілих ділянок призводить до катаракти, а потім і повної сліпоти.
Особливо чутливі до радіаційного ураження діти. Відносно невеликі дози при опроміненні хрящової тканини можуть сповільнити або і зупинити ріст кісток, що призводить до аномалій розвитку скелета. Чим менший вік дитини, тим більшою мірою приглушується ріст кісток.
Чутливим до дії радіації є мозок плоду, особливо після 8-го тижня вагітності. В цей період формується кора головного мозку і є великий ризик того, що при опроміненні матері народиться розумово неповноцінна дитина.
Найрозповсюдженішими видами раку, який викликаний дією радіації, є рак щитовидної залози і рак молочної залози. Але, на щастя, ці форми піддаються лікуванню. Смертність складає 5/1000 і 1/1000, відповідно. Найбільш небезпечним є рак легенів. Проте він виникає частіше всього у шахтарів внаслідок силікозу і у тих, хто палить (рис. 24.3).
Рисунок 24.3