Особенности накопления радионуклидов Чернобыльского выброса в литосфере

Учреждение образования

«Гродненский государственный медицинский университет»

Кафедра общей гигиены и экологии

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Реферат на тему:

«Особенности накопления радионуклидов Чернобыльского выброса

 в литосфере»

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Подготовила: Борис Ольга Владимировна,

2 курс, 21 группа, Лечебный факультет

Проверил: Саляхов Роман Шахович

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Гродно, 2014

 

 

СОДЕРЖАНИЕ:

 

ВВЕДЕНИЕ ………………………………………………………………….	3
1 Литосфера ………………………………………………………………….	4
2 Накопления радионуклидов Чернобыльского  выброса в литосфере ….	9
ЗАКЛЮЧЕНИЕ ……………………………………………………………...	11
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ ………………………..	12

 

 

ВВЕДЕНИЕ

 

Формирование радиоактивного загрязнения РБ началось сразу после взрыва реактора, т. к. радиоактивное облако перемещалось с воздушными потоками в северо-западном и северном направлениях. Около 70 % радиоактивных веществ, выброшенных из разрушенного реактора в атмосферу, в результате сухого и влажного осаждения выпали на территорию Беларуси. При этом 23 % территории Республики Беларусь (46,5 тыс. км2) с 3221 населенными пунктами, в том числе 27 городов, где проживало 2,2 млн. человек (более 400 000 детей), оказалось загрязненной цезием-137 более 37 кБк/м2 (1 Ки/км2). Для сравнения: в Украине зона с уровнем загрязнения более 37 кБк/м2 занимает площадь 28,5 тыс. км2 (5 %, 1599 населенных пунктов), в России – 35,2 тыс. км2 (10,6 %, 1088 населенных пунктов). Радиоактивное загрязнение распространилось по всем областям республики. Оно имеет неравномерный «пятнистый» характер, что обусловлено динамикой выброса и постоянно меняющимися метеоусловиями.

В окружающую среду были выброшены:  летучие радиоактивные инертные газы;  сотни осколочных продуктов деления, накопившихся в зоне реактора;  изотопы наведенной радиоактивности за счет веществ, которые сбрасывали на реактор;  частички ядерного топлива. 
Для нашей республики этот тип воздействия радионуклидов имеет особое значение. Это связано с особенностями почв, преимущественно в Белорусском Полесье. Среди загрязненных радионуклидами земель Беларуси больше половины составляют почвы легкого гранулометрического состава, характеризующиеся низкой емкостью поглощения, малым содержанием гумуса и вторичных глинистых минералов. В легких почвах республики радионуклиды цезия-137 и стронция-90 аномально подвижны, т. е. они плохо связываются частицами почвы и поэтому коэффициент перехода их в растения высокий. Хорошо фиксирует радионуклиды чернозем, глинистая почва, а в Белорусском Полесье почва песчаная, подзолистая, торфяно-болотная, т. е. легкая. Указанные особенности Полесского региона имеют принципиальное значение и определяют высокие уровни накопления радионуклидов в местных продуктах питания и высокие дозовые нагрузки на организм проживающего там населения. Наглядным примером является Лельчицкий район Гомельской области, на территории которого встречаются почвы, разные по составу и по плотности загрязнения цезием-137. Особую опасность представляет попадание радиоактивных веществ внутрь организма человека. Концентрация их в том или ином органе тела человека может во много раз превысить таковую в окружающей среде. Поведение радионуклидов в организме — пути и способы поступления, распределения по органам и системам (включая избирательное накопление), скорость и пути выведения — обусловлены их химическими свойствами. 
 
 
1. Литосфера

 

Литосфера – внешняя твердая оболочка Земли, которая включает всю земную кору с частью верхней мантии Земли и состоит из осадочных, изверженных и метаморфических пород. Нижняя граница литосферы нечеткая и определяется резким уменьшением вязкости пород, изменением скорости распространение сейсмических волн и увеличением электропроводности пород. Толщина литосферы на континентах и под океанами различается и составляет в среднем соответственно 25 – 200 и 5-100км.

Рассмотрим в общем виде геологическое строение Земли. Третья за отдаленностью от Солнца планета – Земля имеет радиус 6370 км, среднюю плотность – 5,5 г/см3 и состоит из трех оболочек – коры, мантии и ядра. Мантия и ядро делятся на внутренние и внешние части.

Земная кора – тонкая верхняя оболочка Земли, которая имеет толщину на континентах 40-80 км, под океанами — 5-10 км и составляет всего около 1 % массы Земли. Восемь элементов – кислород, кремний, водород, алюминий, железо, магний, кальций, натрий — образуют 99,5 % земной коры. На континентах кора трехслойная: осадочные породы укрывают гранитные. Под океанами кора «океанического», двухслойного типа; осадочные породы залегают просто на базальтах, гранитного пласта нет. Различают также переходный тип земной коры (островно-дуговые зоны на окраинах океанов и некоторые участки на материках, например Черное море). Наибольшую толщину земная кора имеет в горных районах (под Гималаями – свыше 75 км), среднюю — в районах платформ (под Западно-Сибирской низиной — 35-40, в границах Русской платформы — 30-35), а наименьшую— в центральных районах океанов (5-7 км). Преобладающая часть земной поверхности — это равнины континентов и океанического дна. Континенты окружены шельфом – мелководной полосой глубиной до 200 г и средней шириной близко 80 км, которая после резкого обрывчатого изгиба дна переходит в континентальный склон (уклон изменяется от 15-17 до 20-30°). Склоны постепенно выравниваются и переходят в абиссальные равнины (глубины 3,7-6,0 км). Наибольшие глубины (9-11 км) имеют океанические желоба, подавляющее большинство которых расположены на северной и западной окраинах Тихого океана [1].

Основная часть литосферы состоит из изверженных магматических пород (95 %), среди которых на континентах преобладают граниты и кранитоиды, а в океанах-базальты.

Актуальность экологического изучения литосферы обусловлена тем, что литосфера есть среда для всех минеральных ресурсов, одним из основных объектов антропогенной деятельности (составных природной среды), через значительные изменения которого развивается глобальный экологический кризис. В верхней части континентальной земной коры развиты грунты, значение которых для человека тяжело переоценить. Грунты – органоминеральный продукт многолетней (сотни и тысячи лет) общей деятельности живых организмов, воды, воздуха, солнечного тепла и света есть одними из важнейших природных ресурсов. В зависимости от климатических и геолого-географических условий грунты имеют толщину от 15-25 см до 2-3 м.

Грунты возникли вместе с живым веществом и развивались под влиянием деятельности растений, животных и микроорганизмов, пока не стали очень ценным для человека плодородным субстратом. Основная масса организмов и микроорганизмов литосферы сосредоточенная в грунтах, па глубине не большее нескольких метров. Современные грунты являются трехфазной системой (разнозернистые твердые частицы, вода и газы, растворенные в воде, и порах), которая состоит из смеси минеральных частиц (продукты разрушения горных пород), органических веществ (продукты жизнедеятельности микроорганизмов и грибов). Грунты играют огромную роль в кругообороте воды, веществ и углекислого газа.

С разными породами земной коры, как и с ее тектоническими структурами, связаны разные полезные ископаемые: горючие, металлические, строительные, а также такие, которые являются сырьем для химической и пищевой промышленности.

В границах литосферы периодически происходили и происходят грозные экологические процессы (сдвиги, сели, обвалы, эрозия), которые имеют огромное значение для формирования экологических ситуаций в определенном регионе планеты, а иногда приводят к глобальным экологическим катастрофам.

Глубинные толщи литосферы, которые исследуют геофизическими методами, имеют довольно сложную и еще недостаточно изученное строение, так же, как мантия и ядро Земли. Но уже известно, что с глубиной плотность пород возрастает, и если на поверхности она составляет в среднему 2,3-2,7 г/см3, то на глубине близко 400 км – 3,5 г/см3, а на глубине 2900 км (граница мантии и внешнего ядра) – 5,6 г/см3. В центре ядра, где давление достигает 3,5 тыс. т/см2, она увеличивается до 13-17 г/см3. Установлен также и характер возрастания глубинной температуры Земли. На глубине 100 км она составляет приблизительно 1300 К, на глубине близко 3000 км – 4800, а в центре земного ядра – 6900 К.

Преобладающая часть вещества Земли находится в твердом состоянии, но на границе земной коры и верхней мантии (глубины 100-150 км) залегает толща смягченных, тестообразных горных пород. Эта толща (100-150 км) называется астеносферой. Геофизики считают, что в разреженном состоянии могут находиться и другие участки Земли (за счет разуплотнения, активного радио распада пород и т.п.), в частности – зона внешнего ядра. Внутреннее ядро находится в металлической фазе, но относительно его вещественного состава единого мнения на сегодня нет.

Литосфера является основным резервуаром естественных радионуклидов на Земле. Вместе с другими элементами радиоактивные элементы входили в состав первичного вещества, из которого была сформирована Земля. В настоящее время в Земной коре содержание естественных радионуклидов следующее:

40К – Т1/2=1,31´109 лет; содержание 2,5%   

Средняя удельная активность 7,8´102 Бк/кг

Масса 12,4´1019 т

Активность 3,1´1031 Бк.

232Th – Т1/2=1,4´1010 лет; содержание 1,3´10-3%   

Средняя удельная активность 3,2´101 Бк/кг

Масса 3,2´1020 т

Активность 1,3´1030 Бк.

235U – Т1/2=7,13´108 лет; содержание 1,8´10-5%   

Средняя удельная активность 1,8 Бк/кг

Масса 8,8´1015 т

Активность 7,1´1028 Бк.

238U – Т1/2=4,5´109 лет; содержание 2,6´10-4%   

Средняя удельная активность 3,7´101 Бк/кг

Масса 1,26´1019 т

Активность 1,5´1030 Бк.

 

2. Накопления радионуклидов Чернобыльского выброса в литосфере

 

Чернобыльская катастрофа, беспрецедентная по своим масштабам, сказалась на состоянии экосистем обширных пространств Беларуси, Украины и европейской части России. Но особенно значительными оказались экологические последствия катастрофы в районах, непосредственно прилегающих к ЧАЭС. Эти районы, характеризующиеся высокой плотностью поверхностного загрязнения, содержащего весь спектр радионуклидов ядерного топлива, в законодательном порядке выведены из народнохозяйственного пользования с образованием зоны отчуждения. По завершении периода форсированных мероприятий по ликвидации последствий катастрофы и защите населения от воздействия радионуклидного загрязнения особую остроту приобрела проблема разработки концептуальных представлений о зоне отчуждения, с одной стороны, как об источнике потенциальной региональной радиоэкологической опасности для Украины, а с другой – как о территории, на которой в обозримом будущем необходимо продолжение производственной деятельности, связанной с функционированием инфраструктуры ЧАЭС и работами, направленными на минимизацию последствий катастрофы. 
За время, истекшее с момента катастрофы, научными и производственными организациями Украины, России, Беларуси с участием специалистов других стран выполнены исследования, позволившие накопить важные фактические данные и прийти к теоретическим выводам относительно радиоэкологических последствий катастрофы и оптимальной стратегии деятельности в создавшихся условиях [2]. 

Радиоактивные продукты техногенного происхождения, поступая на земную поверхность, включаются в физико-химические, биохимические и другие процессы, протекающие в почвах. Однако между поведением радионуклидов и стабильных изотопов или аналогов, а также между ними и типоморфными элементами данного геохимического ландшафта существуют не только общие закономерности, но и различия. Последние объясняются несколькими причинами. В отличие от макро- и микроэлементов, продукты радиоактивного деления присутствуют в почвах в ультрамикроконцентрациях (10-7- 10-11г/гі), что обусловливает специфику их поведения в почвенных растворах и в системе "твердая фаза - раствор. Кроме того, они различаются источниками поступления и временем взаимодействия с почвой. Так, радионуклиды поступают, как правило, из атмосферы на уже сформировавшийся почвенный покров, а их стабильные изотопы и другие химические элементы распределены в ней в соответствии с геохимическими процессами литогенеза и почвообразования. В связи с этим первоначальное взаимодействие поступающих на земную поверхность радионуклидов в значительной степени определяется состоянием и формами их нахождения, типом растительного покрова и видом подстилки или дернины.

Направление геохимической миграции элементов в почвах зависит как от их природы, так и от почвообразовательных процессов. Химические элементы и радионуклиды либо фиксируются и накапливаются в почвах, либо мобилизуются и выносятся с поверхностными и почвенными водами, сельскохозяйственной растительной продукцией и т.п. 
Выпавшие на поверхность почвы радионуклиды под воздействием природных факторов мигрируют в горизонтальном и вертикальном направлениях. В результате ветровой эрозии подстилающей поверхности почвы, смывания радиоактивных веществ с растительности атмосферными осадками и их стока в низменные бессточные участки и в гидрографическую сеть, происходит горизонтальная миграция радионуклидов. Ее скорость зависит от гидрометеорологических факторов (скорости ветра в приземных слоях атмосферы, количества и интенсивности выпадения атмосферных осадков), физико-географических особенностей данного района (в частности, рельефа местности, произрастающей растительности), дисперсности радиоактивных аэрозолей, прочности их фиксации растительностью и почвой, а также других факторов. Особенно высокая скорость горизонтальной миграции радионуклидов наблюдается в тех случаях, когда идут сильные дожди, смывающие радиоактивные вещества, осевшие на листьях, соцветиях и стеблях растений, в период весеннего снеготаяния, когда происходит интенсивный поверхностный сток атмосферных осадков, выпавших в зимние месяцы, с водосборных бассейнов в гидрографическую сеть или почвы подвержены эрозии.

Количественной характеристикой поверхностного смыва может служить коэффициент смыва К, представляющий собой часть запаса радионуклида на водосборе, поступившую с поверхностным стоком в водоем. Коэффициент смыва Кр для водорастворимой формы радионуклида определяется из соотношения КР=АРh /АОН гдеАр- водорастворимая часть активности; АО - общая активность; h- слой поверхностного стока, мм; Н- общий водозапас в месте отбора пробы [3].

В.А.Борзилов для определения коэффициента смыва радионуклидов 137Cs и 90Sr применил экспериментальные площадки на территории 30-киломеровой зоны ЧАЭС. Проведение экспериментов в натурных условиях позволило авторам определить значение Кр в условиях различного увлажнения почвенного горизонта и оценить масштабы смыва радиоактивных загрязнений на твердых частицах взвеси. 
Их анализ свидетельствует о том, что радионуклид 90Sr смывается в основном в растворенном состоянии, что вытекает из соотношения Кр и Кг, в то время как основная часть137Cs – во взвешенном состоянии, что объясняется способностью атомов цезия образовывать прочные соединения с глинистыми минералами и приуроченность последних к мелкодисперсной части почвы.