8.1.Регистрация ядерных аварий на основе аэрокосмических средств

Для второй половины 20-го и начала 21 века характерен еще один вид специфи­ческих аварий, связанных с выбросом радиоактивных веществ и загряз­нением ими окружающей среды. Подобные аварии происходили в океане (на атомных подводных лодках -последняя связана с затоплением при транспортировке на утилизацию АПЛ –К-159 в сентябре 2003г.), в космосе (на ИСЗ) и наиболее часто — на земле (на АЭС и различных, чаще всего военных предприятиях).

В результате теплового (неядерного) взрыва 26 апреля 1986 г. на Чернобыльской атомной станции (ЧАЭС) произошло разрушение 4-го реакторного блока и кратковременный выброс накопившихся радионуклидов во внешнюю среду до высоты 1200 м..Температура во взорвавшемся реакторе в начальный момент превышала температуру на поверхности Солнца (6000С), в то время как радиация превышала десятки тысяч и более ренген в час. Затем за счёт высокой температуры при горении графита и внутреннего разогрева в течение двух недель (по 9 мая включительно) в атмосферу выделилось в виде мощной струи газообразные и аэрозольные радиоактивные продукты. В результате внутриконтинентальной атмосферной циркуляции эти вещества были рассеяны и зарегистрированы в большинстве стран Европы и в первую очередь в Швеции, Польше, Югославии, Греции[ ] .Официальное признание этой катастрофы в СССР прозвучало только на 3-й день, после активных заявлений и публикаций на Западе и , в первую очередь в Швеции и США. Эта крупнейшая рукотворная катастрофа на ЧАЭС по интегральному объёму радиоактивных загрязнений сопоставима с десятками тысяч Хиросим [143-146 ] и является аварией планетарного уровня.

Аэро-космические методы наблюдения для оценки экологического ущерба от ядерных аварий и катастроф ,как в случае с ЧАЭС, использовались фактически с момента её возникновения. Крупнейшая ядерная катастрофа на ЧАЭС была зафиксирована в момент взрыва с ИСЗ DMSP по яркой вспышке. На 1-ой стадии аварии имело место повышение температуры до 1800-2000 К, что и было обнаружено по данным ИК -тепловой съёмки с ИСЗ NOAA-9 и Landsat–5 на -3.7 мкм. Карта радиоактивных загрязнений от 12 мая 1986 г, составленная с помощью космических средств (КН-11 и др.) свидетельствует, что поля загрязнений с разной степенью интенсивности покрыли всю европейскую территорию вплоть до Португалии.

Изображения с ИСЗ “Космос” сделанные 27 июля 1989 г. использовались для оценки радиоактивного загрязнения растительного покрова. На основе анализа изображений полученных в трёх спектральных интервалах видимой зоны спектра было показано, что у всех растительных сообществ с ростом загрязнения уменьшается поглощение светового потока. Тем самым была выявлена корреляция между содержанием Сs-137 и спектральными характеристиками растительности [ ].

Как показано в [ 44,140-146 ] радиоактивные загрязнения местности коррелируют с зонами определённой геологической структуры- в местах расположения трещин (разломов) с близким залеганием плотных горных пород, где происходит усиление гравитационных сил. Разломы отчётливо прослеживаются на космических изображениях, отображаясь в прямолинейных очертаниях различных элементов ландшафта (гряд, участков рек, долин и т.д.). Напротив, в Припятской впадине, расположенной недалеко от Чернобыля, в пределах которой влияние гравитационных сил на земной поверхности минимально, отмечается почти полное отсутствие радиоактивного загрязнения местности. Контакты высокопроницаемых зон земной коры, в частности, на границе Микашевскогои Полесского нефтегазоносных блоков распознаваемых на спутниковых изображениях) коррелируют с распределением радиоактивных выпадений. Уровень радиоактивного загрязнения в таких местах Сs-137 составлял 5 Кu на 1м2[145-147 ].

Регулярные натурные измерения и аэрогамма-съёмка с самолётов и вертолётов

[ 143] позволили получить большой набор карт-схем загрязнения местности ( мощность дозы и плотность загрязнения различными изотопами),начиная с первых дней после аварии до настоящего времени. Этот набор данных позволяет восстанавливать картину загрязнения местности практически на любой момент времени и рассчитать дозу внешнего и внутреннего облучения за необходимый интервал времени. Так исследования ближней зоны /кольцо с внешним радиусом 60 км/ многократно обследовалось с использованием дозиметров, установленных на различного типа самолётах и вертолётах с высоты 150-200м.. Пример динамики поля загрязнения на обширных территориях вне ближней зоны и, в частности, для Брянской, Орловской, областей приведён на рис.8.3.[143 ].

Рис.8.3. Карта плотности загрязнения цезием-137 с запасом > 1 Ки/км² территории европейской части России

Ядерные аварии происходили также на различных военных объектах, например, на атомных подводных лодках/АПЛ «Комсомолец» в 1989г., в космосе /аварии ИСЗ с ядерными энергетическими установками/, на военных предприятиях, как например, вблизи г.Кыштым под Челябинском. В 1957 г. на ПО “Маяк” в Челябинском регионе произошёл тепловой взрыв одной из ёмкостей на ПО «Маяк»,содержащей жидкие отходы активностью в 20млн.Ки радиоактивных нуклидов, из которых в воздух попало 2 млн.Ки. Так в результате образовался восточно-уральский радиационный след вдоль р.Течь (рис.8.4.),включая оз. Карачай

и отдельные районы Свердловской обл.. Только на ПО «Маяк» общая активность РАО составляет около 1 млрд. Ки, что во много раз больше превышает выбросы после Чернобыльской катастрофы (60млн.Ки).

Радиоактивные загрязнения местности после кыштымской аварии на Южном Урале (29 сентября 1957 г и затем в 1967г.) и на Сибирском химическом комбинате в г.Томске (6 апреля 1993 г.)также изучались достаточно тщательно на основе аэрогамма спектральной съёмки. Такой способ позволяет провести съёмку загрязнённой местности быстро и на большой площади, но обладает тем недостатком , что с его помощью трудно получить достоверные данные об изотопах с энергией гамма-излучения, большей 0.3 МэВ.

Рис.8.4. Схема восточно-уральского радиоактивного следа

Обычно в гамма-спектре выделяется фотопик , принадлежащий - изотопу, например Сs, подсчитывают его площадь, т.е. скорость счёта (интенсивность) в фотопике, и пользуясь некоторым пересчётным коэффициентом находят поверхностную плотность загрязнения данным изотопом.

О ядерных авариях, работе с радиоактивными материалами , в частности с целью производства оружейного плутония , можно судить по косвенным признакам, например, по регистрации с ИСЗ газа криптона и другим косвенным следам радиоактивного загрязнения с использованием других носителей- со специально оборудованных самолётов, судов ,подводных и наземных роботизированных аппаратов.

Атомная подводная лодка (АПЛ) "Комсо­молец" затонула в результате аварии 7 апреля 1989 г. на глубине 1700 м. Погибло 42 человека. Это произошло в Норвежском море на расстоянии около 180 км от о.Мед­вежий (Норвегия). На лодке находится атомный реактор и две ракетоторпеды с ядер­ными боеприпасами (ЯБП) в верхних торпедных аппаратах. Анализ проведенных наблюдений позволил специалистам сделать вывод о том, что на АПЛ «Комсомолец», также как и в случае гибелью АПЛ «Курск» последовавшей в 2000г., произошел взрыв в первом отсеке. Они называют различные его причины: удар лодки о грунт, взрыв скопления аккумуляторных газов, либо обычной торпеды.

По данным взятых из разных источников [ ] в СНГ в целом радиационное неблагополучие наблюдается на 10 % территории, в т.ч. в Белоруссии на 80 %, на Украине на 30 %, в Казахстане на 40 % площади. Радиационно дестабилизированных территорий в Российской Федера­ции около 1 млн км² с числом проживающих до 10 млн человек . Десятки тысяч участков радиоактивного загрязнения выявлены в городах СНГ.

Разные регионы России, СНГ , на планете несут на себе следы радиационных воздействий.

В СПб и пригородах с 1987 обнаружено около 1400 радиоактивных аномалий больших объёмов загрязнённого грунта некоторые из них достаточно опасны, из-за большой плотности бета –излучения(до 50тыс Бк/см2/мин),альфа- излучений. Их появление связывают с деятельностью в/ч 70170. Мощный очаг загрязнения (площадью до 1га ) был на берегу Шкиперской протоки Васильевского острова на территории военного городка №6, в местах захоронения РАО в посёлке Приветнинском и Кузьмолово.

На /Ленинградской/ Сосново-борской АЭС всё отработанное топливо сохраняется на месте, а захороненние РАО осуществляется там же на Ленспецкомбинате "Радон» с их суммарной активностью 2*10 ¹⁶ Бк.

Радиоактивные загрязнения связаны:

В первую очередь, от ядерных полигонов их было официально 5: Семипалатинский и Северный ( Новая Земля) , Невада -США, Великобритания, Муруроа -Франция, Лобнор –Китай на которых произведено до 1991г. 2059 взрывов, в том числе 715 в СССР из них 215 в атмосфере с общей мощностью 452Мт,в США 1085 из них в атмосфере 205 мощностью 141 Мт.

Во-вторых, в рамках добычи и обогащения урана (45% мировых разведанных запасов –около 2.2 млн.т. сосредоточено в России, Казахстане, Таджикистане по 30%.на Украине –10%

В-третьих, взрывы в « мирных целях» более 100 взрывов как наземных, так и подземных.

В четвёртых, АЭС на территории СНГ 20 из них 3 на Украине и 1 в Армении, остальные в России. Кроме того целый ряд исследовательских реакторов, закрытых городов около 10: Арзамас –16,Красноярск-26,45,Челябинск 70 и 65,Златоус-26,Пенза-19 и т.д.

В Северодвинске ,где производят АПЛ ,находится 50 атомных реакторов, в Североморске в Мурманской обл. около 100, в Москве и Подмосковье-9 и 4, в СПб- 3.

В пятых, пункты захоронения радиоактивных отходов, атомные корабли разного класса, как действующие, так и находящиеся на приколе или на дне морей и океанов.

В пределах Уральского региона произведено 38 технологических ядерных взрывов, из них 5 с выбросом на поверхность. Там же работает 8 ядерных реакторов,6 мощных центров по переработке радиоактивных материалов, имеется 6 районов , где хранятся радиоактивные отходы(РАО).

Потенциально опасными являются все базы ракетных атомных подводных лодок: Северный флот- Гремиха, Нерпичья, Оленья, Ягельная, Островной, Тихоокеанский –Рыбачий, Павловское с 62АПЛ.

В среднем срок службы АПЛ составляет 25-30 лет. В окружающую среду радионуклиды поступают в момент спуска отработанной воды, используемой для охлаждения реакторов,

За это же время 4 раза загружают ядерное топливо, что является достаточно опасным моментом. Содержание более сотни списанных АПЛ на плаву.

Северный ледовитый океан наиболее загрязнён радиоактивными отходами( в среднем 8.5 Бк/м3). 77% захоронений жидких радиоактивных отходов в Атлантике производит Великобритания, в частности , с завода в Саллофилде. Причём часть из этих отходов Гольфстрим относит к берегам России и, в частности, в Баренцево море

Затонувшая в Баренцевом море при транспортировке на утилизацию бывшая АПЛ К-159 в сентябре 2003 имеет два заглушенных реактора и всё это создает предпосылки для радиоактивного загрязнения прилегающих территорий. На морском дне ,включая подлодку «Комсомолец», К-159,К-29, «Трешел» и др. лежат 14 ядерных реакторов и 50 ядерных боеголовок. Основную потенциальную опасность долгосрочного загрязнения радионукли­дами несут ракетоторпеды с ядерными боеголовками. Неконтролируемый процесс выхода плутония в окружающую среду может про­должаться в течение многих лет (период полураспада плутония — 24 тыс. лет), в результате чего в районе нахождения АПЛ может сформироваться зона устойчивых загрязнений, представляющих экологическую (радиационно-токсическую) опасность..

Подземные ядерные взрывы в мирных целях[147] тоже внесли свой вклад в радиоактивное загрязнение окружающей среды и они связаны с :

-экспериментами по созданию кратеров и перемещению грунта( канал Печора- Кама, пос. Удачный /Якутия-Саха/ и др.).

-созданием полостей в соляных шахтах для закачки туда газового конденсата ( а , возможно и жидких радиоактивных отходов).

• со стимуляцией выхода газа, управлениямым выходом нефти (Тюменская обл. -Усть-Балык, Башкирия-Грачевское месторождениеи др.).

• с подземными взрывами по заказу Мингео для сейсмического зондирования земной коры и мантии(39 взрывов).

• с ликвидациями пожаров и аварий на фонтанирующих скважинах(4 взрыва).

• с ликвидациями ядерных зарядов тактических ракет малой мощности.

• с созданием атомных крематориев для химического оружия- уничтожением ядовитых веществ путём взрыва).

Расширение зон тер­риторий радиоактивных загрязнений сужает жизненное про­странство, поэтому комплексный мониторинг /включая аэрокосмический/ окружающей среды, наряду с совершенствованием ядерных технологий является одним из непременных условий контроля безопасной жизнедеятельности в 21-ом веке.

8.2.Обнаружение нефтяных разливов на основе самолётных и спутниковых средств дистанционного зондирования. Среди многочисленных техногенных факторов негативного воздействия на природу нефть занимает одно из ведущих мест, попадая в окружающую среду как в процессе добычи, транспорта, переработки, хранения и ис­пользования нефтепродуктов, так и в результате аварийных разливов нефти. Нефть и природные горючие газы обеспечивают в настоящее время более 60% потребностей мировой энергетики. Усреднённая за последнее десятилетие ежегодная добыча нефти в мире составляет около 3 млрд. тонн. Но дело не только в объеме вклада в энергетику. Нефть оказалась адекватной запросам XX и XXI века и его технологи­ческим возможностям, в свою очередь сильно повлияв на их формирование[101,107,112,129-131] . Именно добытая нефть обеспечила человечеству возможность несоизмеримых с прошлым веком протяженных и стремительных транспортных перемещений по суше и воздуху, по воде и под водой. Трансформировавшись в компоненты реактивного топлива, нефть позволила людям вырваться из земной колыбели. Она окружила человека целым миром новых химических веществ и изделий из них. Нефть в 21 веке, и сама стала причиной крупных геополитических игр и войн. Примером тому может служить война в Ираке, которая во многом связана с контролем за запасами нефти в Ираке (112 млрд. баррелей разведанных и ещё 220млрд баррелей из числа неразработанных месторождений) после Саудовской Аравии(261.8 млрд. баррелей) занимает второе место по величине разведанных запасов нефти .При нынешних темпах добычи нефтяных запасов Ирака хватит на 129 лет( первое место по этому показателю). Для сравнения кувейтские месторождения иссякнут через 128 лет, саудовские через 85, (Россия занимает третье место по разведанным запасам нефти, уступая лишь Саудовской Аравии и Ираку). С учётом разведанных и прогнозных запасов в 62.7 млрд.баррелей нефти в России, российские источники нефти иссякнут через 20-30 лет ,а американские нефтяные запасы –через 10 лет.

В 1991г при отступлении иракской армии из Кувейта было разрушено более 550 нефтяных скважин Кувейта в воды Персидского залива попало 1.7млн.т. нефти, в атмосферу попало около 125 тыс.т. канцерогенных продуктов горения нефти. Ежесуточно в атмосферу поступало около 70млн.т. сажи,50тыс.т. диоксида серы,100тыс.т. двуокиси углерода. Это был самый интенсивный очаг горения за всю историю человечества, который сопровождался черными шлейфами облаков, выпадением кислотных осадков и понижением температуры поверхности на 10 С, что и регистрировалось с помощью аэрокосмических средств в различных участках электро-магнитного спектра. Следует также отметить ,что во время войны в Персидском заливе было сброшено около 88.5 тыс. тонн бомб, т. е. больше, чем сбросили страны антигитлеровской коалиции за всю вторую мировую войну .

Ежегодное поступление нефтепродуктов только в гидросферу составляет примерно 0,23% (около 6 млн. т) от годовой мировой добычи нефти, что происходит главным образом в результате слива за борт танкерами и судами нефтесодержащих (балластных и промывочных) вод. Нет оснований предполагать, что этот источник станет меньше, так как объем перевозок морскими нефтеналивными судами ежегодно возрастает. При перевозках нефти в морях и океанах, а также в портах теряется около 2 млн т/год, что составляет 40% всего сброса нефти. В нефтях установлено более 450 индивидуальных соединений. Основными компонентами, составляющими 90-95% нефтей, являются углеводороды. Число углеродных атомов в углеводородах нефти колеблется от C1-C4 (газы) до С₆₀.

Основные компоненты-углеводороды( до 98%) подразделяются на 4 класса: а) парафины(алкены- до 90% от общего состава)-устойчивые вещества, молекулы которых выражены прямой и разветлённой цепью атомов углерода. Лёгкие парафины обладают максимальной летучестью и растворимостью в воде.б)-Циклопарафины-(30-606 от общего состава) насыщенные циклические соединения с 5-6 атомами углрода в кольце. Кроме циклопентана и циклогексана в нефти встречаются бициклические и полициклические соединения этой группы. Эти соединения очень устойчивы и плохо поддаются биоразложению.в)ароматические углеводороды (20-40% ) –ненасыщенные циклические соединения ряда бензола, содержащие в кольце на 6 атомов меньше, чем циклопарафины. В нефти присутствуют летучие соединения с молекулой в виде одинарного кольцв (бензол,толуол,ксилол)затем бициклические(нафталин), полициклические(пирен); г)олефины(алкены)- (до 10% )-ненасыщенные нециклические соединения с одним или двумя атомами водорода у каждого атома углерода в молекуле., имеющую прямую или разветлённую цепь.

Нефтяные загрязнения стали постоянным фактором изменения экологи­ческой ситуации в локальном и глобальном масштабах. Ежегодно в мировой океан попадает около 6 млн. т нефти. Наблюдения из космоса показали, что тонкая нефтяная пленка или массированные нефтяные пятна покрывают не менее 1/4 мирового океана. По литературным данным, уже через 10 ми­нут после разлива 1 т нефти она распространяется на акватории в радиусе 50 м в слое толщиной до 10 мм; далее пленка толщиной не более 1 мм распространяется на площадь 12 кв. км. Даже в поверхностных водах Антарктики (море Уэдцелла) обнаружены концентрации нефти, почти в пять раз превышающие естественный фон в морской воде суммы ароматических углеводородов — одной из самых токсических групп компонентов нефти.

Предельно допустимая концентрация (ПДК) для водных объектов хозяй­ственно-питьевого и культурно-бытового водопользования согласно россий­ским нормативам не должна превышать 100-300 миллионных долей грамма на литр (мкг/л) для нефти различных видов; для различных видов керосина такая норма составляет от 10 до 100 мкг/л, для бензина — 100 мкг/л. Предельно допустимая концентрация нефти и нефтепродуктов в растворенном и эмульгированном состоянии в воде для рыбьего мира морских водоемов составляет 50 мкг/л; содержание нефтепродуктов в питьевой воде не должно превышать 100 мкг/л.

Содержание нефтепродуктов в поверхностных водах, например, р.Невы составляет 0,05-0,1(мг/л).

Для сравнения в средней и южной частях Каспийского моря на больших пространствах обнаружены нефтяные углеводороды в концентрациях 300-2000, в Белом море до 3000, в Балтийском море до 50, в Азовском — до 850, в Черном до 150 мкг/л.