Различают полную и частичную дезактивацию среды. Полная дезактивация — комплекс мероприятий, исключающих радиационный фактор из состава среды и его вторичное включение в экосистемный метаболизм;

Различают полную и частичную дезактивацию среды. Полная дезактивация — комплекс мероприятий, исключающих радиационный фактор из состава среды и его вторичное включение в экосистемный метаболизм; частичная дезактивация — временное исключение либо подавление процесса поступления радиационного фактора в звенья экосистемного метаболизма, ведущее к снижению его накопления, в организме жителей радиоактивных территорий, в конечной сельскохозяйственной продукции до допустимых величин.

Продолжительность периода лесной вертикальной миграции, перераспределяющей Cs — Sr-радиоизотопный состав с поверхностей загрязнений на глубину 10—15 см и включающей изотопы в активный метаболизм лесных биоценозов, составляет около 1 года для лиственных и около 3 — 5 лет для хвойных лесов. Основную часть радионуклидов забирает мелкая корневая система, расположенная на глубине до 15 см и выполняющая основную роль в обеспечении минерального питания леса. Наиболее активно здесь захватывается стронций, накапливающийся в последующем в стволах и крупных ветвях деревьев. Цезиевый метаболизм более динамичен. Изотоп включается в листву, формируя в последующем основную активность листового опада. В целом круговорот радионуклидов представляет многократно повторяющийся циклический процесс, стабилизирующийся спустя 4 — 5 лет в лиственных и 10—12 — в хвойных лесах после загрязнения среды.

Основная часть радионуклидов накапливается в лесной подстилке, являющейся кумулятором радиоактивного загрязнения леса. В листьях, хвое, мелких ветках, коре содержание радионуклидов в 10—100, в древесине, стволах, крупных ветвях — в 10 раз ниже.

Особое место в лесных биоценозах занимает моховой покров и характерные для таких участков леса ягоды — брусника, морошка, клюква, а также грибы. Растительность мохового покрова перехватывает до 90 % поступающего с опадом и вымываемого ^l37Cs. Методы по дезактивации леса отсутствуют.

Лесопользование — заготовка древесины и ее переработка, сбор ягод, лекарственных трав, охота — требует организации жесткого радиационного контроля с использованием методов биоиндикации радиационного фактора в сочетании с широкой оглаской радиационной обстановки в лесах.

Из недревесных продуктов леса наиболее опасно лекарственное сырье при неконтролируемой заготовке. Наибольшее количество радионуклидов и, особенно стронция, накапливается в коре; цезия — в листве, кустарниках, травах. Мощным кумулятором радионуклидов являются грибы.

Лесовосстановительные и лесопосевные работы проводятся на радиоактивных территориях с целью стабилизации почв, почвенного радиационного метаболизма и тем самым предупреждения массивной трудно предсказуемой миграции радиоактивности с водными стоками, ветром. Проводится здесь, как правило, частая посадка смешанного типа с использованием биологически устойчивых древесных и кустарниковых пород, с запретом на последующее использование посадок и их продукции. За такими посадками не ухаживают.

Работы по оптимизации радиационно-экологических ситуаций в лесах направлены на предупреждение в том числе и радиогенной патологии леса. Особое внимание уделяется пожароопасности радиоактивных лесов в связи с высоким риском массивного повторного загрязнения среды от сгорания радиоактивных лесных массивов. В качестве профилактических мер используются законодательные областные запреты и ограничения на доступ населения в леса. Вдоль разрешенных дорог создаются вспаханные (минерализированные) полосы шириной > 3 м, устанавливаются знаки, запрещающие курение и использование открытого огня. Автотранспорт для лесных работ обеспечивается искрогасящими устройствами. В наиболее пожароопасных местах прокладываются сети минерализованных противопожарных полос внутри леса, по границам с сельскохозяйственными угодьями с обязательным перевспахиванием полос в пожароопасные периоды. Для слежения за противопожарным состоянием используют вышки, телекамеры, авиацию.

Радиоактивность водоемов территорий, загрязненных радиоактивными выпадениями, разная. Основные накопители фактора — используемые, как правило, в рыбном хозяйстве озера, пруды, радиоактивность которых, в отличие от проточных вод рек, чрезвычайно велика. Источниками высокой радиоактивности непроточных водоемов, помимо обязательного здесь повышенного содержания растворенного радона и радионуклидов от непосредственных радиоактивных выпадений на поверхность водоемов, являются постоянные стоки дождевых вод, вымывающие радионуклиды из загрязненных почв побережья водоемов и особенно почв без проведения биологической фиксации радионуклидов и высадки быстрорастущей многокорневой растительности.

Обследование донных отложений рек и прудов показывает, что донный ил является мощным аккумулятором радионуклидов. Если чистый песчаный донный грунт практически чист, то донные иловые отложения содержат большое количество радионуклидов. Поэтому при оценке радиационной опасности водоемов необходимо ориентироваться не на удельную активность воды, но на радиоактивность иловых донных осаждений.

Для снижения и предупреждения накопления радиоактивности продуктов водоемов необходимо обязательное высеивание многолетних трав, мелкого кустарника на побережьях радиационно-опасных водоемов рыбных хозяйств.

ПОВЕДЕНИЕ ДОЛГЖИВУЩИХ РАДИОНУКЛИДОВ В АТМОСФЕРЕ.

Атмосфера является мощным акцептором техногенных, в том числе и ядерно-энергетических, радиоактивных газоаэрозольных выбросов Их последующее включение в токи воздушных масс, рассеяние, медленная механическая (гравитационная) седиментация ведут к относительно равномерному (глобальному) распределению фоновых загрязнений среды. Наиболее загрязняют атмосферу наземные испытания ядерного оружия. Поступление и последующее распределение радиоактивности подчиняется здесь ряду закономерностей, предполагающих длительное присутствие фактора в составе среды.

При попадании радиоактивных аэрозолей в тропосферу происходит их глобальное «размывание» и перемещение током воздушных масс с большой скоростью, преимущественно по географическим параллелям от мест взрыва. Так, продукты ядерных испытаний 07.03.1955 в штате Невада (США) в значительных количествах выпали 12.03.1955 в Ленинградской области. После взрыва в Сахаре 13.02.1966 продукты деления были обнаружены 17.02.1966 в Крыму. Аналогично распространялись радионуклиды после чернобыльской аварии.

Основная часть загрязнений тропосферы выпадает с осадками в ближайшие дни-недели от момента взрыва в результате вовлечения аэрозолей в процессы формирования облаков. Незначительная часть радионуклидов сорбируется аэрозолями воздуха, коагулируется с последующим «сухим» выпадением частиц. Скорость очищения тропосферы подчиняется экспоненциальному закону с периодом полуочищения 20 — 40 сут.

Гравитационное оседание частиц, ушедших в стратосферу, происходит крайне медленно, на протяжении десятилетий. Облако захватывается стратосферными воздушными течениями по параллелям со скоростью ~ 100 км/ч и, постепенно вытягиваясь, формирует антропогенные радиоактивные кольца планеты. Гравитационное оседание аэрозолей протекает здесь медленно вследствие постоянных турбулентных токов плотных подлежащих слоев атмосферы при незначительных, порядка 0,1 —10 мкм, размерах радиоактивных частиц. Формирующееся равновесие с некоторым (незначительным) преобладанием седиментационных процессов ведет к длительному, равномерному малоинтенсивному загрязнению среды.

Состав радионуклидов ядерного происхождения за время циркуляции в стратосфере меняется. Короткоживущие радионуклиды (наибольшая часть взрыва) распадаются, оставляя место цезий-стронциевым источникам глобального загрязнения среды. Переход стратосферных радионуклидов в тропосферу с последующим осаждением (механизмы невыяснены) происходит преимущественно на широте 25 — 30 град в обоих полушариях с максимумом в Северном.

Динамика глобальных выпадений меняется в течение года, при максимуме, приходящемся на весну и начало лета (I и II кварталы — в северном и IV — в южном полушариях). В изменения собственно функций и структуры атмосферы радиационные загрязнения этого ряда существенного вклада не вносят.

Безаварийные выбросы атомными электростанциями являются незначительными, но постоянными источниками поступления радионуклидов в атмосферу. Большая часть атмосферных загрязнений, выпадающих на поверхность Земли, при нормальном режиме работы АЭС крайне незначительна. В состав аэрозолей, выбрасываемых в атмосферу вследствие аварийной утечки теплоносителя первого контура реактора, входит сложный комплекс радионуклидов, в том числе ⁸⁸Kr, ¹³⁴Cs, ⁵⁸Co, ⁶⁰Со, ⁵⁴Мп, ¹⁴⁰Ва, ^I40Za, ¹³¹I. Количество радиоактивных веществ, поступающих с выбросами реакторов в атмосферу, невелико. Коллективная ожидаемая доза облучения населения, проживающего в радиусе 100 км от реактора при плотности 100 чел • кг/км², рассчитанная из среднего выброса и соответствующих дозовых коэффициентов, может колебаться от 3 • 10^-7 до 1 • 10^-4 чел.- Гр/год.

Наибольшую опасность как потенциальные источники загрязнения атмосферы представляют предприятия по переработке ядерного топлива. Отходы (тепловыделяющие элементы — твэлы) этих предприятий содержат значительное количество долгоживущих радиоактивных веществ, в том числе радионуклиды, которые могут беспрепятственно поступать во внешнюю среду вследствие отсутствия разработок методов, позволяющих связывать или механически задерживать их. К таким радионуклидам относятся, в частности, тритий (³Н) и криптон (⁸⁵Кг), образующиеся при обработке твэлов. Отработавшие твэлы, поступающие на радиохимические заводы по переработке ядерных отходов, хранят под водой, которая одновременно служит охлаждающей средой и защитой (экраном) от ионизирующих излучений. Из хранилища твэлы направляют в камеру предварительной обработки, где их демонтируют, а стержни подвергают механической обработке для извлечения остатков топлива, которые выщелачивают азотной кислотой, а затем разделяют уран, плутоний, продукты деления и активации. Такая обработка твэлов сопровождается выделением газообразных и летучих продуктов деления. Опыт эксплуатации заводов по переработке ядерного топлива показал, что с выбросами этих предприятий в атмосферу поступают ³Н, ¹⁴С, ⁸⁵Кг, ¹²⁹I, ^13lI, ¹⁰⁶Ru, ¹³⁴Cs, ¹³⁷Cs, радиоактивные актиноиды.

Особого внимания в плане загрязнения атмосферы заслуживает радиоактивный криптон. На заводах по переработке ядерного топлива образуется около 400 Ки ⁸⁵Кr (14,8 · 10¹² Бк) на 1 МВт (эл.) в год. Именно эта химически инертная и безопасная в радиационном отношении составляющая выбросов является агрессивной по отношению к физическим экосистемным функциям атмосферы вследствие ее мощного вклада в ионизацию воздушной среды и трансформации нормального распределения этого процесса в разных слоях атмосферы.

Ионизация верхних слоев атмосферы под действием жесткого ультрафиолетового и ионизирующего излучений ведет к фотодиссоциации кислорода и образованию атмосферного озонового слоя планеты, выполняющего одну из важнейших экосистемных функций — экранирования и фильтрации космических излучений.

Другим критическим радионуклидом, удаляемым в атмосферу в основном с выбросами заводов по переработке ядерного топлива, является тритий. Около 75 % трития, содержащегося в ядерном топливе, выбрасывается в атмосферный воздух, что соответствует 19 Ки (70,3 • 10ю Бк) 3Н в год на 1 МВт электроэнергии. При этом тритий поступает с выбросами и из реакторов и от заводов по переработке твэлов.

ПОВЕДЕНИЕ ДОЛГЖИВУЩИХ РАДИОНУКЛИДОВ В ПОЧВЕ И РАСТЕНИЯХ.

Почва является начальным звеном обмена экосистем. Ее функциональное состояние определяет эффективность преобразования радиационной (солнечной и радиоактивной) энергии в биологические структуры. Действующим началом пусковых преобразований в почвах является ее сапрофитная микрофлора первичного синтеза (продуценты) и первичного потребления (консументы).

Радионуклиды, отложившиеся на поверхности почв, под действием разных факторов могут перемещаться в любом направлении. Причиной «горизонтального» перемещения свежевыпавших радионуклидов может быть поверхностный сток после сильного дождя, отложившихся в снегу за зиму — смыв талыми водами. Установлено, что ⁹⁰Sr, мигрирующий с талыми водами, почти полностью (82—100%) находится в катионной форме.

«Вертикальная миграция» радионуклидов по профилю почвы может быть следствием механического переноса частиц, на которых сорбированы радионуклиды, а также собственного перемещения в виде свободных ионов. На обрабатываемых сельскохозяйственных почвах радионуклиды сравнительно равномерно распределяются в пределах пахотного слоя. Некоторый механический перенос их с поверхности в глубь почвы возможен вследствие разрыхления ее дождевыми червями и землероющими животными.

Вертикальная миграция продуктов деления в целинной почве идет очень медленно. Установлено, что преобладающая часть осколочных радионуклидов прочно фиксируется в тонком слое верхнего горизонта почвы, и их вертикальное перемещение не превышает нескольких миллиметров в год. В целом можно считать, что ⁹⁰Sr и ¹³⁷Cs являются основными излучателями, формирующими почвенную радиоактивность, величина и характер которой зависят от радиационной емкости почв. Последняя складывается из ее физической сорбционной способности (зависящей от пористости, количества почвенного раствора в порах и его катионного состава); химической поглотительной способности (образования плохорастворимых соединений с элементами почв и горных пород); биологической поглотительной способности (включение в состав микрофлоры и дальнейших звеньев обмена на правах естественных фоновых аналогов, стабильных элементов).

Функционально связаны с сорбционными процессами почв скорость проникновения радионуклидов в прикорневую глубину и последующее включение в экосистемные цепи миграции. Скорость процесса (после загрязнения среды) определяется прочностью связи излучателей с твердой фазой почв, скоростью диссоциации и последующего ионного перемещения радионуклида, зависящей от химических свойств излучателя и его соединений.

В миграцию существенные коррекции вносит рельеф местности (горизонтальное перемещение с талыми и дождевыми водами с последующим большим накоплением в низинах), а также механическая (глубокая вспашка) переработка почв, ведущая к ускоренному перемещению радионуклидов в подкорневую глубину и исключению фактора радиационной опасности из активной миграции в экосистемах. Долгосрочное сохранение радионуклидов в прикорневой глубине, на необрабатываемых землях (луга, лесная gодстилка), включение в почвенный метаболизм ведут к их накоплению через концентрацию в травах, листве, с последующим неоднократным повторным включением (через гниение опада) в почвенные процессы. Так, при максимальном накоплении радиоуклидов на глубине 5—10 см (до 135 Бк/кг для ⁹⁰Sr и 158 Бк/кг для ¹³⁷Cs в почвах Якутии) радиоактивность наземного опада составляет 149 и 244 Бк/кг соответственно. Радиоактивность верхних слоев почв при этом незначительна, порядка 20 — 30 Бк/кг. Такой растягивающийся на десятилетия процесс вертикальной миграции дополняется горизонтальным перемещением и распространением радионуклидов на более обширные и менее контрастные по радиоактивности среды (в отличие от первичной загрязненности) территории. В процессе участвуют сообщества живых организмов почв (педоценозы), грызуны, травоядные. Перераспределения являются здесь следствием активной и пассивной мобильности представителей фауны, распространения продуктов их метаболизма, сложных пищевых цепей миграции радионуклидов. Скорость таких процессов зависит от химических свойств загрязнителей и соответственно функций, выполняемых их нерадиоактивными аналогами в экологических цепях обмена.

Все животные и растения обладают способностью избирательно и интенсивно накапливать рассеянные в экосистемах в ничтожных концентрациях микроэлементы, к конкурентам которых (в том числе и по характеру биологических функций) относятся долгоживущие радиоактивные загрязнители среды. Коэффициенты накопления их (отношение радиоактивности радионуклида в составе среды к его радиоактивности в организме) колеблются от нескольких до десятков тысяч. Высокие коэффициенты накопления приводят к тому, что концентрация излучателей в биомассе загрязненных биоценозов становится более высокой по сравнению с радиоактивностью среды.

Мощный процесс избирательной биогенной концентрации рассеянных излучателей наиболее интенсивен в первые годы от момента выпадения радиоактивных осадков. Радионуклиды в этот период представляют собой новейшие для среды, легко диссоциирующие соединения, не вкрапленные, как это происходит в последующем, в кристаллические решетки глинистых минералов (процесс старения элементов). Комплекс почвенно-химических реакций старения и последующее включение радионуклидов в состав труднорастворимых почвенных и минеральных структур переводит метаболизм изотопов на равные с их естественными химическими аналогами. Скорость таких процессов зависит от физико-химических свойств радионуклидов, а также характера загрязнения почв (влажности, концентрации ионов). Максимальная скорость поглощения радионуклидов растениями происходит при рН, близком к нейтральному и слабощелочному. В кислой среде усиливается сорбция твердой фазой почв. Влажность, как следствие увеличения массы сельскохозяйственной продукции, снижает концентрацию радионуклидов в биомассе. Высокие концентрации ионов стабильных элементов препятствуют проникновению радионуклида в корневую систему. Наиболее доступен для корневых систем растительности, особенно в первые годы после загрязнения среды, стронций.

Переход радионуклида из органической дернины в минеральную фракцию и последующее ускоренное (семикратное) снижение поступления в растительность происходят только после глубокой вспашки почв. Вместе с тем такие вспашки, проводимые на территориях с загрязненностью свыше 40 Ки/км², ведут к ускоренной гибели сапрофитной микрофлоры почв, беспозвоночных, обедняют видовой состав биомассы в целом, что ускоряет процесс минерализации изотопов, но при резкой патологической деформации почвенных функций.

Накопление стронция в растениях обратно пропорционально количеству обменного конкурента изотопа кальция почвы. Такая блокада метаболизма имеет предел. Избыточное (> 25 мг-экв на 100 г почвы) внесение кальция не ведет к дальнейшему снижению скорости перехода радионуклида в растительность. В целом, как по классическим экспериментальным исследованиям, так и по наблюдениям последних лет, стронций относится к первой группе радионуклидов, отличающихся равномерным распределением между водой, минеральной основой и биомассой почв, коэффициент накопления его в грунте низкий (1 — 65), в биомассе 1000 — 2000.

Цезий, судя по коэффициентам накопления в почвах, по разным источникам, относится либо к сильно, либо к слабо накапливаемой группе элементов. Очевидно, это связано со временем оценки процесса миграции от момента загрязнения среды и соответственно степенью минеральной фиксации (кристаллизации) изотопа. В экспериментах и наблюдениях по миграции изотопа (почва — вода — растительность) выявлено его преимущественное накопление в неорганической фазе почв (коэффициент накопления 0,25), но при высоком содержании излучателя в биомассе (8000-9000).

Почва пострадавших от аварий территорий находится в экологически невыгодном положении и по такой интегративной радиационно-экологической величине, как период полуочищения корнеобитаемого слоя (совокупность функций экспоненты радиоактивного распада, минерализации, перехода в подкорневую систему и др.), составляющий 129 лет, что позволяет прогнозировать радиационную «чистоту» таких территорий только через 600—1000 лет.

РАДИОЭКОЛОГИЯ ПРЕСНОВОДНЫХ БАССЕЙНОВ.

Обычно пресноводные растения и животные обогащены радионуклидами, по сравнению с водой, в которой они обитают. Отношение содержания радионуклида в организме к содержанию его в воде называется коэффициентом накопления (КН). Установлено, что последний зависит от химической природы радионуклида, видового состава водных обитателей, концентрации в воде различных солей, РН водной среды, ее температуры, освещенности водного бассейна и других факторов.

По общему характеру распределения радионуклиды подразделяются на четыре группы:

гидротропные, остающиеся в относительно высоких концентрациях в воде;

равномерно распределяющиеся в воде, грунте, биомассе;

педотропные, преимущественно накапливающиеся в грунте;

биотропные — в биомассе.

Основной современный загрязнитель среды — цезий — преимущественно накапливается в грунте; стронций относительно равномерно распределяется между водой, грунтом, биомассой. Подразделение, тем не менее, условно: при перерасчете накопления радионуклидов на массу составляющих водоемов очевидна наибольшая активность биологической компоненты водной среды, эффективно поглощающей и накапливающей радионуклиды среды, даже при чрезвычайно малых концентрациях изотопов. В последующем биомасса с поглощенной радиоактивностью откладывается в донных отложениях, имеющих самостоятельные циклы обмена.

Поведение радионуклидов в подземных водах резко отличается от их миграции в почве, открытых водоемах. Радиационные емкости этих водоисточников существенно разнятся в зависимости от путей, гидрогеологических условий поступления радионуклидов в подземные воды и характера гидродинамики (движения) воды, дренирования подземных вод, их химического состава. Такая многофакторность процесса обусловливает разнообразие поведения радионуклидов в этих водоемах.

Наиболее подвержены радиоактивному загрязнению ненапорные грунтовые воды, имеющие непосредственную связь с атмосферными осадками, открытыми водоемами. Вместе с тем большинство почв, особенно глинистых, является мощным барьером для проникновения этих загрязнений в грунтовые воды. Исследования показали, что через 40 лет после загрязнения поверхности Земли Sr на глубину 1 м относительное содержание радионуклида, проникающего через делювиальные глины, составит 4 · 10^-3, а через 100 лет составит 8 · 10^-4 от начальной концентрации радионуклида.

Напорные (артезианские) водоисточники, не питающиеся непосредственно от осадков и пополняющиеся за счет медленной нисходящей фильтрации подземных вод, радиоактивному загрязнению не подвержены.

В целом миграция радионуклидов техногенного происхождения как в почве, так и в водной среде подчиняется общим закономерностям. Первичный выброс в среду вследствие легкой диссоциации новых изотопных соединений до их минерализации, перехода в донные отложения, ведет к массивному первичному включению в почвенно (водно)-растительный метаболизм и последующему активному включению радионуклидов в трофические цепи миграции.

Радиационная емкость цепей (почвы — вода, первичная сапрофитная микрофлора — растительность — животные) в целом зависит от минеральной отрицательной ионной насыщенности среды; в достаточно минерализованной почве (черноземе), морской воде процессы миграции и накопления радионуклидов в конечных, радиационно опасных для человека звеньях обмена (продуктах питания) идут значительно медленнее.

Скорость миграции во многом зависит от климатических условий метаболизма. Наиболее интенсивно процесс протекает в районах, не превышающих нулевой температурный барьер водно-почвенного метаболизма, но при обязательном условии достаточного разнообразия (экологической дифференцировки) среды и ее экосистемных компонентов: микро-, макрофлоры (широколиственные, смешанные леса, лесостепи), фауны. В аналогичных географических зонах, но при обеднении среды растительным, животным миром скорость метаболизма снижается (степь, пустыни, территории активной человеческой деятельности).

Наиболее продолжителен процесс естественной дезактивации среды через естественно-трофические цепи миграции в зонах, перешагивающих за нулевой температурный барьер почвенного метаболизма. На таких территориях (тундра, тайга) радиоактивные метаболиты включены в активные звенья экосистемного обмена с периодической температурной консервацией процесса. Длительность такой консервации растет с ростом продолжительности холодного периода года.

Накопление радионуклидов пресноводными растениями

Коэффициенты накопления радионуклидов в растениях можно значительно снизить (на целый порядок), если внести в воду стабильные изотопы, имеющие с радиоизотопами геохимическое родство. Например, КН стронция-90 в пресноводных растениях обратно пропорционален содержанию в воде кальция и магния. В такой же зависимости от калия находится второй важный искусственный радионуклид - цезий-137.

Установлено также, что КН радионуклидов водорослями с увеличением РН воды снижается. Это связано с разными причинами. Накопление кобальта и железа снижается в связи с появлением в щелочной среде коллоидных форм этих элементов, плохо усваиваемых растениями. Радиоактивный стронций при РН = 7-9 выпадает в осадок в виде карбоната и не может усваиваться растениями. Однако карбонат стронция осаждается на поверхности растений, что создает ложное впечатление об увеличении его концентрации в пресноводной флоре при подщелачивании водной среды. Накопление цезия не зависит от кислотно-щелочных свойств воды.

В накоплении некоторых радионуклидов большую роль играет свет. Установлено, что КН кобальта, стронция и цезия с увеличением освещенности возрастает. Харовая водоросль на свету накапливает больше этих радионуклидов, чем в темноте. Элодея при повышенной освещенности интенсивнее накапливает лишь стронций (КН увеличивается в 2 раза). Количество поглощенных растениями радионуклидов зависит и от температуры воды. Харовая водоросль при повышении температуры до 28° С предпочтительнее поглощает стронций (КН возрастает в 1,5 раза), а роголистник - цезий. Элодея в теплой воде концентрирует оба эти радионуклида (КН увеличивается в 1.5 - 3 раза).

Таким образом, свет и температура влияют на поглощение радионуклидов водными растениями, но природа этих химических элементов и индивидуальные особенности растений вносят в это правило свои поправки.

Концентрация химических элементов, в том числе и радиоизотопов, в зимней воде возрастает в несколько раз, по сравнению с летним периодом, что связано с вымораживанием воды зимой. Накопление же радионуклидов водными растениями имеет противоположную тенденцию. Это объясняется неодинаковой степенью биологической активности растений в разное время года.

Обогащенные радионуклидами водные растения в конце вегетационного периода отмирают и формируют донные отложения. При этом в самой отмершей органике не происходит значительной концентрации радиоактивных элементов. Однако многие радионуклиды могут мигрировать в илистую фракцию, постепенно накапливаясь в ней. Значительная часть стронция, как наиболее подвижного радионуклида, при разложении растений переходит обратно в водную среду.

Накопление радионуклидов пресноводными животными

Радионуклиды накапливаются не только растениями континентальных водоемов,но и пресноводными животными. В икре пресноводных рыб КН их может достигать десятков единиц. Интересен тот факт, что личинки, выклюнувшиеся из радиоактивной икры, содержат крайне мало радионуклидов, порой их количество даже меньше, чем в окружающей воде. Это свидетельствует о защитной роли оболочек икры, которая поглощает большую часть радионуклидов, заимствованных из водной среды.

Накопление радионуклидов резко возрастает через 6-7 дней, когда личинки переходят к самостоятельному питанию. Причем, хищные рыбы (щука, окунь) накапливают радиоактивный цезий быстрее, чем растительноядные (линь, карп). Концентрация стронция не подчиняется этой закономерности. Например, КН стронция одинаков у щуки и карпа. С увеличением возраста щуки в ее теле в несколько раз возрастает концентрация цезия, а количество стронция не меняется.

Известно, что радионуклиды неравномерно распределяются в организме рыб. Так коэффициент накопления стронция в костных тканях и чешуе рыб колеблется от 300 до 900, а в плавниках достигает 2500, тогда как в мягких тканях содержание его на 3 порядка ниже. Для цезия характерно прямо противоположное распределение. Больше всего этого радиоизотопа в мышцах и внутренних органах.

Хотя радионуклиды могут проникать в тело рыб через его наружные покровы, основным источником поступления радиоизотопов в организм является пища. Это блестяще подтверждено анализом содержания радиоактивных элементов в свободноживущих рыбах Белоярского водохранилища и в садковом карпе, выращенном в зоне сброса вод одноименной АЭС. Результаты показали, что концентрация радиоактивного цезия и стронция в искусственно вскармливаемых рыбах (чистым кормом) в несколько раз ниже, чем в рыбах, ведущих свободный образ жизни. По-видимому, в этом случае играет роль и срок жизни рыб (искусственно вскармливаемые рыбы имеют короткий срок жизни)

Как и в случае с пресноводными растениями, между КН радиоактивного стронция и цезия и концентрацией в воде катионов, имеющих с названными радионуклидами геохимическое родство, существует обратная зависимость. При добавлении в воду катионов кальция и магния КН стронция-90 снижается до 8. Такой же эффект получен в отношении цезия-137. В последнем случае в воду добавлялись калий и натрий.

На накопление стронция в организме влияет температура окружающей среды. Это выявлено с помощью экспериментов с рыбами и личинками жука (Кросли, 1965). В том и другом случае с повышением температуры КН стронция организмами увеличивается.

Роль грунтов и донных отложений в судьбе радионуклидов

Значительная часть радиоактивных излучателей сорбируется в грунтах водоемов и донных отложениях. Тем самым вода постепенно очищается от этих вредных веществ. Однако, не все грунты одинаково поглощают радионуклиды. Самые высокие КН зафиксированы для отмерших харовых водорослей, затем следуют торфяной, илистый и известковый грунты. Самым низким КН характеризуется песчаный грунт.

Почти во всех случаях КН для цезия на порядок выше, чем для стронция. Зимой происходит значительное обогащение донных отложений стронцием (в 7-8 раз), что связано с вымораживанием воды в этот холодный период. Поскольку стронций фиксируется в донных отложениях слабо, то летом происходит обратный процесс.

Способность грунтов и донных осадков пресноводных бассейнов сорбировать значительную долю радионуклидов из водной среды вполне может использоваться для очистки водоемов от радиоактивных веществ. Эффективность такой очистки была показана на серии лабораторных опытов (Куликов и др., 1988). В проточную систему из десяти последовательно соединенных бочек-отстойников, заселенных водными растениями, подавали воду, загрязненную искусственными радиоизотопами. Анализ воды показал, что система улавливает 90% серы и 98% стронция. Остальные радионуклиды задерживаются полностью. Такая схема очистки воды от радионуклидов успешно применяется на практике в объединении «Маяк».

РАДИАЦИОННАЯ ЭКОЛОГИЯ ОКЕАНА

Океан - конечное вместилище всех загрязняющих веществ, в том числе радиоактивных. Неуклонно возрастающее радиоактивное загрязнение окружающей среды вызывает необходимость систематического изучения поведения радионуклидов в Мировом океане.

Радиоактивность океана зависит от трех составляющих: 1) естественных радионуклидов, содержащихся в горных породах дна, 2) космического излучения, 3) искусственных радиоизотопов. Последние попадают в океан, во-первых, вместе с материалом, сносимым с континента и осаждающимся, главным образом, в зонах шельфа и континентального склона, во-вторых - с атмосферными осадками; в третьих - антропогенным путем (захоронение радиоактивных отходов в океане, аварии на атомных судах, испытание ядерного оружия в различных частях океана и т.п.).

Около 98% естественной радиоактивности океана составляет присутствующий в воде изотоп калия (⁴⁰К) Остальная активность обусловлена радиоизотопами рубидия (⁸⁷Rb), водорода (³Н), урана (²³⁸U), тория (²³²Th) и углерода (¹⁴С).

Долгое время основным антропогенным источником загрязнения океанических акваторий были продукты ядерных взрывов, рассеянные в стратосфере и постепенно выпадающие на поверхность Земли. В результате интенсивных испытаний атомного оружия в атмосфере в 1945 - 63 годах океаническая вода стала обогащаться искусственными радионуклидами, особенно плутонием-239. В настоящее время этот источник заражения Мирового океана значительно сократился. Однако в океанический бассейн во все возрастающих количествах поступают радиоактивные отходы, а также долгоживущие радионуклиды с предприятий переработки ядерного горючего. В первую очередь это радиоизотопы стронция, цезия, бария, иттрия, ниобия, циркония, рутения, йода, аргона, ксенона, криптона. Кроме того, растворенные в морской воде элементы (калий, натрий, фосфор, хлор, бром, иод, кальций, железо, марганец, сера, цинк и др) реагируя с нейтронами, создают наведенную радиоактивность.

Источником значительного количества радионуклидов в океане служат суда с атомными реакторами, которые нередко терпят аварии и уходят на дно вместе с ядерным топливом.

В последние десятилетия широко практикуется захоронение радиоактивных отходов (особенно жидких) в глубоководной части океанов.

Пока общая активность, привнесенная человеком в океан, не превышает
5,5 · 10¹⁹ Бк. По сравнению с естественной активностью, составляющей 18,5 · 10²¹ Бк, она незначительна. Однако, неравномерность распределения радиоизотопов в морской воде часто приводит к их опасной концентрации в различных частях океана.

Оказавшись в морском бассейне континентальные воды, обогащенные радионуклидами, постепенно перемешиваются с чистыми глубинными водами, поэтому уровень концентрации радиоизотопов в океанических бассейнах зависит от отношения площади водосбора к объему водной массы акваторий. Главными факторами распространения искусственных радиоизотопов, попавших в океан, являются горизонтальные и вертикальные морские течения, а также диффузия в водных массах. Весьма важно, поэтому изучить закономерности распределения искусственной радиоактивности в приповерхностных частях океана и на глубину, что позволит раскрыть процессы формирования сгустков ядерного загрязнения в океанических акваториях. Это необходимо в первую очередь для расчета предельного количества радиоактивных отходов, сбрасываемых в океан.

В прибрежных водах вертикальные перемещения радионуклидов с последующим накоплением в донных отложениях протекают со значительно большей скоростью по сравнению с открытым океаном. Основные причины различий:

- сорбция и осаждение радионуклидов массивными крупнодисперсными стоками, поступающими в прибрежные воды;

- большая биологическая и биохимическая активность биогенной и литогенной взвеси, легко поднимающейся во время шторма со дна прибрежных вод с последующим захватом радионуклидов и осаждением;

- большое количество и громадная биологическая активность биогенной массы прибрежных вод мелководья, эстурации рек, лагун.

Ассимиляция радионуклидов морскими гидробионтами происходит пассивно и активно. При пассивном процессе происходит выравнивание концентраций компонентов в морской воде и в тканях организмов. Активный процесс накопления радионуклидов происходит через пищеварительный тракт и органы дыхания (жабры).

Скорость накопления изотопов колеблется от нескольких минут до нескольких суток. Накопление плутония в морских обитателях резко различно. Например КН плутония для диатомовых водорослей в 25 раз выше, чем для рыб. Поскольку северные акватории океанов сильнее заражены радионуклидами, чем южные, то и КН в гидробионтах увеличивается в направлении с юга на север.

Морские организмы могут накапливать радиоактивные вещества в десятки, сотни и даже тысячи раз превышающие их содержание в воде. Так в некоторых участках Тихого океана КН стронция в двустворчатых моллюсках достигает 2000, а в печени тунца -300 000.

Наибольшая концентрация радионуклидов обнаруживается в биомассе гидробионтов и особенно в планктоне. Включение Cs — Sr-излучателей в метаболизм водных биот во многом зависит от степени минерализации воды. С ее увеличением скорость и величина захвата радиоактивности снижаются. Так, содержание стронция-90 в костях рыб Балтийского моря в 5 раз выше по сравнению с рыбами Атлантики.

Наиболее мощное поглощение радионуклидов происходит в верхних слоях воды и осуществляется ее обязательными биологическими составляющими — планктоном и нектоном. Большая суммарная биомасса фито-, зоопланктона прибрежных морей, наибольший коэффициент накопления радионуклидов этим звеном (10 000 и более) и наибольшая скорость экосистемного обмена (репродукция массы одноклеточных с последующим осаждением омертвевшей части и ее дальнейшей донной миграции по биологическим цепям) ставят этот вид биологической дезактивации водной среды на первое место по эффективности. До 90 — 99 % радионуклидов уходят в донные отложения по этой цепи миграции.

Коэффициент накопления снижается по мере перехода к более высоким трофическим уровням. Как и в случае почвенного загрязнения, большое значение в миграции играет экосистемная «новизна» изотопа: накопление ⁵⁵Fe у зоопланктона в 670 раз выше по сравнению с накоплением стабильного железа.

Активная борьба мировой общественности с радиоактивным загрязнением океанов заставила государства принять ряд соглашений о сотрудничестве разных стран в решении этой проблемы. Так в 1958 году была принята Женевская конвенция, призывающая каждое государство сотрудничать с МАГАТЭ (Международное агентство по атомной энергии) в целях предупреждения загрязнения морей радионуклидами. В 1963 году в Москве был заключен договор о запрещении испытаний ядерного оружия в трех сферах (в атмосфере, космическом пространстве и под водой). В 1970 году Генеральной Ассамблеей ООН принят акт о запрещении размещения ядерного оружия на дне океанов и морей. Конвенция 1972 года запрещает сброс в океан ядерных отходов с уровнем радиоактивности, превышающем нормативы МАГАТЭ.

Наиболее заражены радионуклидами моря Северного Ледовитого океана. За период с 1959 по 1992 гг. в северные и дальневосточные моря были сброшены жидкие РАО суммарной активностью 32,9 тыс. Ки и твердые РАО активностью более 2,3 млн. Ки (Булатов, 1996). Кроме того, в Карском море были затоплены 19 реакторов, многие из которых с невыгруженным ядерным топливом. Морские течения поставляют в северные моря радионуклиды с ядерных предприятий Великобритании. Сюда же поступают загрязненные воды европейских и азиатских рек России (в первую очередь Оби и Енисея). Все это в совокупности с многочисленными могильниками РАО и ядерным полигоном Новой Земли создают крайне тревожную обстановку в Баренцевом и Карском морях.

По содержанию радиоизотопов наиболее благополучным океаном считается Атлантика. Концентрация радиоактивного стронция в центральной части этой акватории составляет 2,6 - 3,7 мБк / л. Однако в последние десятилетия сильно возросла концентрация стронция-90 в северо-восточной части Атлантического океана (до 33 мБк/л), что объясняется сбросом радиоактивных отходов Великобританией. Этой же причиной обусловлено периодическое возрастание удельной активности стронция и цезия в Северном море у Британских островов (до 350 мБк / л). Из Северного моря радионуклиды поступают в Балтийское море, где зафиксирована удельная активность стронция и цезия до 28 мБк / л.

Максимум концентрации стронция-90 и плутония-239 наблюдается в интервале глубин 100 - 700 м. С глубиной количество этих изотопов быстро убывает. В приповерхностном слое воды (0 -100 метров) содержание стронция и плутония ниже, чем на глубине 100 - 700 метров. Специалисты объясняют отмеченный при-поверхностный минимум биогенным захватом этих элементов. Вертикальное распределение радиоактивного цезия подчиняется, примерно, этой же закономерности

ВОЗДЕЙСТВИЕ РАДИАЦИИ НА ПОПУЛЯЦИИ РАСТЕНИЙ И ЖИВОТНЫХ.

Жизнь отдельных растений и животных протекает не изолированно. Они тесно связаны с другими организмами своего вида, образующими популяцию, и со средой проживания. В целом экосистема представляет самостоятельный объект, характеризующийся специфической реакцией на внешнее воздействие, каким является радиация.

Типичными измеряемыми показателями на уровне популяций являются количество особей, коэффициент смертности, коэффициент воспроизводства, средняя скорость роста популяции и т. д. В целом, чтобы произошли измеримые изменения в популяциях и сообществах, должны иметь место достаточно тяжелые эффекты на клеточном уровне и уровне отдельного организма, причем такие изменения должны произойти во многих организмах. Изменение структуры биотического сообщества может произойти лишь вследствие изменений в составляющих его популяциях, что в свою очередь может быть обусловлено массовой смертностью и/или снижением репродуктивной способности отдельных особей.

Радиационные эффекты на уровне популяций и сообществ проявляются в виде определенного сочетания прямых изменений в результате радиационного поражения и в виде косвенной реакции на эти изменения. Широкий диапазон радиочувствительности организмов, составляющих большинство естественных сообществ, создает положение, когда при дозах, влияющих на чувствительные виды, но не затрагивающих более стойкие, последние могут получить значительное преимущество в борьбе за существование и, возможно, даже увеличить свою численность и жизнеспособность.

Воздействие радиации на популяции растений и животных.

К числу характеристик растительных сообществ относятся форма роста, видовой состав, разнообразие видов, растительный покров и продуктивность. На уровне популяции часто измеряются такие параметры, как плотность произрастания или встречаемость, рост и мощность растений, смертность, воспроизводство, фенология (сезонные изменения) и морфология (форма и строение).

Эффекты малой степени тяжести включают изменения в продуктивности и воспроизводстве, после которых можно ожидать быстрого восстановления, если прекратится радиационный стресс.

К эффектам средней тяжести относят изменения в видовом составе и разнообразии вследствие избирательной смертности более радиочувствительных видов. Восстановление может произойти в результате сукцессии — последовательной смены одних фитоценозов другими. В ходе сукцессии одни растения последовательно замещают другие, пока не возникнет равновесное сообщество, для чего требуется от одного до нескольких поколений. Быстрее всего растут лиственные деревья, для которых обилие света создает наиболее благоприятные условия. Под их пологом более медленно растут теневыносливые хвойные деревья. Когда они вырастают, создаваемая ими густая тень угнетающе действует на светолюбивые лиственные деревья и происходит замещение лиственного леса хвойным.

Эффекты тяжелой степени тяжести коренным образом изменяют видовой состав в результате гибели всех или почти всех высших растений. Восстановление может протекать медленно, и для этого требуются десятилетия или даже столетия, если рассматриваемый процесс сопровождался массовым вымыванием питательных веществ из почвы и ее эрозией.

В результате аварии на Чернобыльской АЭС в течение первых 2 недель деревья в близлежащем районе площадью ~ 600 га получили дозы 80 - 100 Гр (главным образом за счет (β-излучения ¹³¹I) и погибли. Во второй зоне площадью ~ 3000 га, где дозы оставили 8-10 Гр, явно проявилась гибель молодых вегетативных побегов. В третьей зоне умеренных эффектов дозы составили 3,4-4 Гр. В 1986—1987 гг. там наблюдались различные морфологические изменения.

К весне 1987 г. в целом дозы снизились до менее 10 % от начальных величин, облучение от внутренних источников стабилизировалось, отмечался активный рост стеблей и листьев. С течением времени восстановление продолжалось, и к 1988—1989 гг. наблюдалась регенерация даже в близлежащих районах.

Воздействие на популяции и сообщества животных

Радиационные эффекты в популяциях животных могут быть как прямыми, так и косвенными. Прямые эффекты облучения популяций животных касаются коэффициентов смертности, рождаемости и свойственной данному виду скорости приращения популяции.

Заметные эффекты в сообществах животных являются результатом изменений растительного покрова, в первую очередь это касается насекомых. По мере гибели растительности в районах, подвергшихся высоким уровням облучения, травоядные насекомые и питающиеся ими хищники замещаются видами, питающимися падалью и разлагающимися материалами.

В экосистемах, облучающихся на протяжении ряда лет при дозовом уровне порядка нескольких Гр/год, происходит постепенная утрата более долгоживущих видов животных. Более долгоживущими видами, как правило, являются хищники: хищные птицы, хищные млекопитающие, насекомоядные пресмыкающиеся.

В водной среде пониженная репродуктивность водных животных возможна после облучения с мощностью дозы от 24 до 240 мГр/сут. Эмбрионы рыб обладают весьма высокой чувствительностью к облучению.

Общая реакция экосистем на облучение.

Можно выделить общие характеристики пониженного функционирования экосистем под действием экологического стресса:

• слабо выраженный круговорот питательных веществ;

• повышенное первичное производство;

• сокращение разнообразия видов;

• существование ретрогрессии в противоположность природной сукцессии;

• среднее снижение размеров организмов;

• прочие нарушения (такие, как изменения в заболеваемости).

Стадиями реакции экосистем на стресс являются:

1) начальные эффекты на наиболее чувствительных участках

2) проявление действия компенсаторных механизмов, противодействующих стрессу;

3) разбалансирование экосистемы или ее нарушение.

Благодаря адаптации и компенсаторным мерам уровни популяций различных видов могут сохраняться, несмотря на избирательную потерю отдельных особей. Поэтому защита индивидуумов (человека) носит более неотложный характер, чем защита популяции в целом. Защита людей от риска облучения часто приводит к защите и других живых организмов. Однако людей можно эвакуировать из загрязненных районов, тогда как защитить таким же образом растительность и диких животных от облучения невозможно.

Дата добавления: 2015-08-28