Радиоактивное загрязнение

Радиоактивное загрязнение - одно из опаснейших в биосфере. Основное его отличие от других типов антропогенных загрязнения то, что биологических методов борьбы с радиацией не существует. Меры борьбы с радиоактивным загрязнением – исключительно его предотвращение.

Источники радиоактивного воздействия в биосфере могут быть естественного и антропогенного происхождения. Ныне существующая биота адаптирована к естественному фоновому излучению, космическому и испускаемому природными радиоактивными веществами, содержащимися в горных породах, почве и воде. В разных частях биосферы естественный фон различается в 3-4 раза. Наибольшая его интенсивность в горных породах и на больших высотах.

Антропогенное радиоактивное загрязнение связано с использованием атомной энергии человеком. Катастрофическими являются последствия использования атомной энергии в военных целях. Около 10% энергии ядерного оружия представляет собой остаточную радиацию. При мирном использовании атомной энергии при работе атомных электростанций, получении топлива для них, медицинских исследованиях могут создаваться критические ситуации, связанные с авариями и захоронением отходов, которые в процессе транспортировки или хранения попадут в окружающую среду, Наиболее обычные загрязнители - радиоактивные изотопы Sr, Cs, J, U, Pu.

Глобальное загрязнение окружающей среды техногенными радионуклидами на территории Российской Федерации обусловлено атмосферными ядерными взрывами, проводившимися в 1954–1980 гг. в процессе испытаний ядерного оружия на полигонах планеты. В некоторых регионах России имело место дополнительное радиоактивное загрязнение объектов окружающей среды: на Европейской территории России (ЕТР) в 1986 г. вследствие радиационной аварии на Чернобыльской АЭС; на Азиатской территории России (АТР) в 1957 г. вследствие радиационной аварии на ПО “Маяк” (Челябинская область) и в 1967 г. из-за ветрового выноса радионуклидов с обнажившихся берегов оз. Карачай, куда сливались жидкие радиоактивные отходы этого предприятия. Кроме того, источниками локального радиоактивного загрязнения окружающей среды являются некоторые предприятия ядерно-топливного цикла, такие как Сибирский химический комбинат в Томской области, Горно-химический комбинат (ГХК) в Красноярском крае, ПО “Маяк” в Челябинской области и некоторые другие.

На территории Республики Татарстан техногенные радионуклиды присутствуют в очень небольших количествах, основную часть радиоактивности составляют радионуклиды природного происхождения – космогенный бериллий-7 и калий-40.

Осколки деления ядер радиоактивных элементов оказывают сильное биологическое действие. Поглощаясь веществом, все виды радиации приводят электронные оболочки его атомов в состояние возбуждения и ионизации. Биологическое повреждение живых клеток происходит под действием электронов. Однако уровень и характер этих повреждений зависят от типа первоначальной радиации: тяжелые α-частицы создают зону чрезвычайно высокой ионизации, легкие β-частицы - зону очень низкой плотности ионизации, вызывая совершенно разные биологические, эффекты.

Вредное действие ядерных излучений на живые организмы было констатировано вскоре после открытия радиоактивного распада элементов.

Влияние облучения на любой организм зависит от: дозы облучения, времени его действия (острое, хроническое), форм изотопов.

Воздействие различается для разных форм организмов и более губительно для высокоорганизованных и сложных организмов. Млекопитающие наиболее чувствительны, а микроорганизмы более устойчивы к воздействию облучения (рис. 22).

млекопитающие

насекомые

бактерии

10²

10³

10⁴

10⁵

10⁶

Рис. 22. Сравнительная чувствительность разных групп организмов к единичной острой дозе рентгеновских или гамма-лучей (по Одуму, 1986)

В природных почвах всегда присутствуют различные радионуклиды естественного или техногенного происхождения. Специфика почвенной среды заключается в том, что до определенного уровня воздействия почва является своеобразным «щитом» для почвенных организмов и защищенность их от излучения существенно больше, чем в других средах обитания.

Среди почвенных организмов наиболее высокий уровень чувствительности показан для ряда почвенных беспозвоночных. Среди микроорганизмов наиболее резистентны бактерии, особенно споровые. Наименьшей устойчивостью обычно обладают грибы, имеющие более сложное строение, чем бактерии, а актиномицеты занимают промежуточное положение. Различия по устойчивости к излучению наблюдаются и внутри групп почвенных организмов. Наиболее четко это проявляется для группы почвенных грибов, у которых устойчивость связана с наличием и составом пигментов.

Наибольшая чувствительность характерна для непигментированных форм. Пигментированные грибы более устойчивы. Наиболее устойчивы темноокрашенные грибы, содержащие в клеточной стенке меланиновые пигменты, обладающие защитными свойствами к излучению, и предохраняющие грибную клетку от повреждения. Среди темноокрашенных наиболее резистентны рода грибов имеющие крупные, многоклеточные, интенсивно пигментированные конидии. Высокий уровень резистентности отмечают и для почвенных водорослей, обнаруженных даже как первопоселенцы после ядерного взрыва в почвах полигона штата Невада.

Воздействия излучений на различные организмы могут проявляться в виде физиологических, генетических и соматических изменений в клетках.

Под влиянием облучения наблюдается торможение роста и темпа клеточного деления, Такой эффект, например, показан и для почвенных простейших. Превышение дозы обучения над фоновой может вызывать у организмов изменение частоты мутаций. Для животных установлена не прямая зависимость между чувствительностью и строением клеток, а дифференцированная чувствительность отдельных систем органов. Например, одна из наиболее чувствительных - половая система. Так для почвенных беспозвоночных при облучении отмечено появление стерильных животных.

Различия по устойчивости наблюдаются и внутри популяций отдельных видов организмов. Наиболее высокочувствительны к облучению молодые особи. Радиоустойчивость насекомых, дождевых червей, мокриц, паукообразных во взрослом состоянии составляет 50-200 кР, что значительно выше, чем у растений. Наиболее показательными биоиндикаторами повышения ионизирующей радиации являются животные, оседло обитающие на ограниченных участках почвы и обладающие длительным периодом ранних стадий развития.

Сообщества почвенных животных чутко реагируют на повышенный хронический уровень ионизирующей радиации при дозах 0,5-3 Р в сутки.

Так, на лесных участках, загрязненных стронцием-90, численность деструкторов мертвого органического опада (дождевых червей и многоножек) сократилась более чем в 10-100 раз. Дождевые черви заглатывают грунт и облучаются и снаружи, и изнутри от пищевого комка. Также наблюдалось обеднение почвенной фауны в глубоких горизонтах при всех формах действия ионизирующих излучений на биогеоценоз, вследствие присутствия там большего количества преимагинальных стадий развития животных. Также глубокопочвенные виды менее плодовиты и, соответственно, медленнее восстанавливают численность популяций.

После аварии на ЧАЭС летом 1986 г почвенная экосистема в области лесной подстилки была катастрофически разрушена, численность массовых групп представителей мезофауны сократилась в 30 раз. Слабее в 2-3 раза сократилась численность мезофауны в толще пахотных почв. Было установлено, что дозы порядка 2,9 кР вызывали катастрофические изменения в сообществе микрофауны, дозы около 0,8 кР – регистрируемые, но незначительные изменения среди обитателей поверхности почвы. В пахотных почвах при суммарной экспозиционной дозе около 8,6 кР животные в толще почвы пострадали относительно слабо.

Почвенные животные вносят значительный вклад в зоогенную миграцию искусственных радионуклидов, главным образом, из-за их высокой биомассы роющей деятельности.

Таким образом, к основным последствиям облучения относятся: уменьшение видового разнообразия групп организмов, более угнетенное, чем в норме состояние выживших форм, большая их чувствительность к неблагоприятным условиям. Изменение разнообразия у высокоорганизованных групп организмов наблюдается при меньших дозах облучения, чем у более простых. Различная чувствительность компонентов сообщества приводит к выпадению из облученного ценоза наиболее чувствительных звеньев, нарушению естественного равновесия между основными группами организмов. Этот эффект показан для всех групп почвенных организмов: животных, водорослей, микробов.

Так, было показано, что при облучении почв гамма-лучами изменение разнообразия для бактерий наблюдалось при дозе 250 кР, для актиномицетов 125-250 кР, а для грибов 50 кР. Установлено, что интенсивность воздействия зависит от состояния почв и, например, в большей степени действие ионизирующего излучения влияло на численность· микроорганизмов во влажных чем сухих почвах.

Слабые дозы облучения могут оказывать некоторое стимулирующее действие на развитие почвенных микроорганизмов. Явление стимуляции носит временный характер.

Важнейшим отрицательным последствием загрязнения является возможность накопления радионуклидов в трофических цепях, проходящих через почву. Наиболее интенсивно это процесс происходит в бедных (песчаных, малогумусных) почвах и скудных по разнообразию и растительности биогеоценозах.

Весьма важен вопрос о возможности восстановления почвенной биоты после воздействия излучения.

Исследования на территории 30-ти километровой зоны вокруг ЧАЭС в 1987-88 гг. показали, что даже на самых загрязненных участках началось восстановление животного населения почвы. Численность дождевых червей составляла 15% от контрольной незагрязненной почвы. Общая численность беспозвоночных в 3 км от ЧАЭС составляла 45% от контрольной, в основном это были личинки насекомых, заселившие пораженные участки за счет прилета извне взрослых насекомых. Интенсивно размножались и микроартроподы. В 1988 (2,5 года после аварии) по общей численности мезо- и микрофауны почвы загрязненных участков практически полностью восстановились и по общему обилию и по видовому разнообразию структуры популяций.