7.6.2. Изотопы в окружающей среде

Возникновение радиоактивных изотопов объясняется тем, что космические лучи, проникающие в атмосферу со скоростями, близкими к скорости света, сталкиваются с ядрами компонентов воздуха, движущихся со сравнительно небольшими скоростями, вызывают ядерные реакции превращения одного вещества в другое. Главными радиационными частицами являются тритий (³₁Н) и радиоуглерод (⁴₆С).

Наибольшую опасность из радиоактивных элементов представляют те, у которых период полураспада¹⁵ составляет от нескольких недель и месяцев до нескольких лет (табл. 17), поскольку короткоживущие изотопы распадаются быстро и не успевают принести существенного вреда, а долгоживущие – слабо радиоактивны.

Таблица 17

Основные радиоактивные изотопы, имеющие значение для экологии (Рамад, 1981)

Радиоизотоп (в скобках –стабильный изотоп)	Период полураспада	Излучение
		α	β	γ
Группа А: Радиоизотопы элементов, составляющих основу живого вещества
14C (12C)	5568 лет		+
3H (1H)	12,4 года		+
32P (31P)	14,5 сут.		+++
35S (32S)	87,1 сут.		+
45Ca (40Ca)	160 сут.		++
24Na (23Na)	15 ч.		+++	+++
42K (39K)	12,4 ч.		+++	++
40K (39K)	1,3 млрд. лет		++	++
59Fe (56Fe)	45 сут.		++	+++
54Mn (55Mn)	300 сут.		++	++
131I (127I)	8 сут.		++	++
Группа В: обильны в радиоактивных осадках, выбросах при авариях реакторов
90Sr (88Sr)	27,7 года		++
137Сs (133Сs)	32 года		++	+
144Сe (140Сe)	285 сут.		++	+
106Ru (101Ru)	1 год		+
91Y (89Y)	61 сут.		+++	++
239Pu (244Pu)	24000 лет	++++		++
Группа С: Инертные газы
41Ar (40Ar)	2 ч.		++
85Kr (84Kr)	10 лет		+
133Xe (131Xe)	5 сут.		+++

+ энергия меньше 0,2 МэВ, ++ энергия 0,2-1 МэВ, +++ энергия 1-3 МэВ, +++ энергия больше 3 МэВ.

Серьезную проблему представляют стронций–90 и цезий–137 благодаря своей способности к накоплению в человеческом организме. Стронций благодаря своему химическому сходству с кальцием очень легко проникает в костную ткань позвоночных, а цезий может накапливаться в мускулах, замещая калий. В организм человека цезий и стронций попадают с пищей. Средние содержания их в культурных растениях приведено в табл. 18 (один Бк соответствует одному распаду в секунду).

Таблица 18

Среднее содержание ⁹⁰Sr и ¹³⁷Cs (Бк кг^–1 сухой массы) в культивируемых растениях (Зилов, 2006)

Культура	90Sr	137Cs
Пшеница (зерно)	2,849	10,730
Рожь (зерно)	2,701	7,400
Ячмень (зерно)	3,108	6,290
Морковь	0,555	1,887
Капуста	0,469	2,109
Картофель	0,185	1,406
Свекла	0,666	1,702
Яблоки	0,333	1,998

После газа радона-222 калий-40 занимает второе место в создании природного радиоактивного фона, за ним следуют уран, радий и торий.

Содержание этих радиоактивных элементов в различных породах приведено в таблицах 19, 20. Поскольку строительные материалы изготавливаются из природного сырья, практически все они также в разной степени радиоактивны.

Таблица 19

Распространение ⁴⁰K в окружающей среде (Зилов, 2006)

Источник	Бк кг–1
Морская вода	12–15
Почвы	37–1100
Известняк	30–40
Гранит	925–1200
Базальт	290–400
Изверженные породы	814–925
Глинистые сланцы	85–850
Песчаники	300–400
Апатиты	44–170
Фосфатиты	230
Фосфатно-калийные удобрения	5900
Азотно-фосфорно-калийные удобрения	1200–5900

Таблица 20

Концентрации радиоактивных изотопов (Бк кг^–1) в горных породах (Зилов, 2006)

Тип породы	238U	226Ra	232Th
Граниты	59	96–114	81,4
Диориты	31	–	32,5
Базальты	11	18,5	11,1
Дюриты	0,4	–	24,4
Сланцы	44	14,8	44,4
Алюминиевые сланцы	–	2220	–
Известняки	26	14,8–25,9	7,0–7,7
Песчаники	18	11,1–25,9	11,1

Надо отметить, что опасность ионизирующей радиации для живых существ зачастую преувеличивается. Во-первых, она имеет пороговый уровень, ниже которого воздействие радиации на организмы не является вредным. Во-вторых, малые дозы радиации могут быть полезными (так называемый «эффект хормезиса»).

Так, исследования воздействия малых доз радиации на животных показали, что продолжительность жизни облученных мышей, крыс, собак оказалась дольше, они были более здоровыми и приносили более многочисленное потомство, чем животные, не подвергавшиеся облучению (Кондратьев, 1999). Сходные данные получены и для человека (Кузин, 1991). При малых дозах гамма излучения и быстрых нейтронов наблюдалось усиление роста водорослей, увеличение продолжительности жизни мышей и морских свинок. Хормезис проявляется в стимулировании восстановления ДНК, синтезе белков, образовании антистрессорных белков, обезвреживании свободных радикалов, стимулировании иммунной системы. У млекопитающих обнаружено усиление защитных реакций по отношению к опухолевым и инфекционным заболеваниям, в частности, лейкемией, раком (Кондратьев, 1999).

В сельском хозяйстве, например, ионизирующие излучения используются для повышения всхожести семян, ускорения развития и повышения урожая растений, повышения яйценоскости кур, стимуляции оплодотворяемости и выхода мальков в рыбоводстве (Кузин, 1981).

При обследовании жертв атомных бомбардировок Хиросимы и Нагасаки выяснилось, что у людей, подвергшихся облучению на уровне 100 мЗв¹⁶, смертность от лейкемии была меньше, чем у контрольной группы.

В Норвегии природный радиоактивный фон обеспечивает среднюю дозу облучения людей за время жизни 365 мЗв, в некоторых местностях – до 1500 мЗв, в Индии и Иране есть районы, где эта доза возрастает до 2000 и 3000 мЗв, соответственно (Кондратьев, 1999). В России пороговым уровнем считается 70 мЗв (до 1991 г. был принят уровень 50 мЗв).

Многие курорты (например, в горах Швейцарии, Кавказа, Памира, Колорадо), наряду с благоприятными климатическими факторами, как правило, включают и фактор повышенного природного радиоактивного фона. Всемирно известные курорты Браубах, Висбаден, Баден-Баден (Германия), Бадгастайн (Австрия), Масутами-Спрингс (Япония), Цхалтубо, Пятигорск, Белокуриха и многие другие возникли вокруг источников с повышенным содержанием радона.