Последствия загрязнения почв тяжелыми металлами и радионуклидами

Гамма-излучение – это  электромагнитное излучение, обусловленное  гамма-лучами (дискретными пучками  или квантами, называемыми фотона-ми), если после альфа- или бета-распада ядро остается в возбужденном со-стоянии. Гамма-лучи в воздухе могут проходить значительные расстояния. Фотон гамма-лучей с высокой энергией может проходить сквозь тело человека. Интенсивное гамма-излучение может повредить не только кожу, но и внутренние органы. Защищают от этого излучения плотные и тяжелые материалы, железо, свинец. Гамма-излучение можно создавать искусственно в ускорителях зараженных частиц (микротрон), например, тормозное гамма-излучение быстрых электронов ускорителя при их попадании на мишень.

Рентгеновское излучение  – аналогично гамма-излучению. Космическое  рентгеновское излучение поглощается  атмосферой. Рентгеновские лучи получают искусственно, они приходятся на нижнюю часть энергетического спектра  электромагнитного излучения.

Радиоактивное излучение - естественный фактор в биосфере для всех живых  организмов, да и сами живые организмы  обладают определенной радиоактивностью. Среди биосферных объектов почвы  обладают наиболее высокой естественной степенью радиоактивности. В этих условиях природа благоденствовала многие миллионы лет, разве что в исключительных случаях при геохимических аномалиях, связанных с месторождением радиоактивных  пород, например, урановых руд.

Однако, в XX человечество столкнулось с радиоактивностью запредельно превышающей естественную, а следовательно и биологически анормальную. Первыми пострадавшими от избыточных доз радиации были великие ученые, открывшие радиоактивные элементы (радий, полоний) супруги Мария Склодовская-Кюри и Пьер Кюри. А затем: Хиросима и Нагасаки, испытания атомного и ядерного оружия, многие катастрофы, в том числе Чернобыльская и т.д.

Наиболее значимыми объектами биосферы, определяющими биологические функции всего живого являются почвы.

Радиоактивность почв обусловлена  содержанием в них радионуклидов. Различают естественную и искусственную  радиоактивность.

Естественная радиоактивность  почв вызывается естественными радиоактивными изотопами, которые всегда в тех  или иных количествах присутствуют в почвах и почвообразующих породах. Естественные радионуклиды подразделяют на 3 группы.

Первая группа включает радиоактивные  элементы — элементы, все изотопы  которых радиоактивны: уран (²³⁸U, ²³⁵U), торий (²³²Th), радий (²²⁶Ra) и радон (²²²Rn, ²²⁰Rn). Во вторую группу входят изотопы «обычных» элементов, обладающие радиоактивными свойствами: калий (⁴⁰К), рубидий (⁸⁷Rb), кальций (⁴⁸Са), цирконий (⁹⁶Zr) и др. Третью группу составляют радиоактивные изотопы, образующиеся в атмосфере под действием космических лучей: тритий (³Н), бериллий (⁷Ве, ¹⁰Ве) и углерод (¹⁴С).

По способу и времени  образования радионуклиды подразделяют на: первичные – образовавшиеся одновременно с образованием планеты (⁴⁰К, ⁴⁸Сa, ²³⁸U); вторичные продукты распада первичных радионуклидов (всего 45 - ²³²Th, ²³⁵U, ²²⁰Rn, ²²²Rn, ²²⁶Ra и др.); индуцированные – образовавшиеся под действием космических лучей и вторичных нейтронов (¹⁴С, ³Н, ²⁴Na). Всего насчитывают более 300 природных радионуклидов (Бударков и др., 2000).

Валовое содержание естественных радиоактивных изотопов в основном зависит от почвообразующих пород. Почвы, сформировавшиеся на продуктах  выветривания кислых пород, содержат радиоактивных  изотопов больше, чем образовавшиеся на основных и ультраосновных породах; тяжелые почвы содержат их больше, чем легкие.

Естественные радиоактивные  элементы распределяются по профилю  почв обычно относительно равномерно, но в некоторых случаях они  аккумулируются в иллювиальных и  глеевых горизонтах. В почвах и  породах присутствуют преимущественно  в прочносвязанной форме.

Искусственная радиоактивность  почв обусловлена поступлением в  почву радиоактивных изотопов, образующихся в результате атомных и термоядерных взрывов, в виде отходов атомной  промышленности или в результате аварий на атомных предприятиях. Образование  изотопов в почвах может происходить  вследствие наведенной радиации. Наиболее часто искусственное радиоактивное загрязнение почв вызывают изотопы ²³⁵U, ²³⁸U, ²³⁹Pu, ¹²⁹I, ¹³¹I, ¹⁴⁴Ce, ¹⁴⁰Ba, ¹⁰⁶Ru, ⁹⁰Sr, ¹³⁷Cs и др.

Экологические последствия  радиоактивного загрязнения почв заключаются  в следующем. Включаясь в биологический  круговорот, радионуклиды через растительную и животную пищу попадают в организм человека и, накапливаясь в нем, вызывают радиоактивное облучение. Радионуклиды, подобно многим другим загрязняющим веществам, постепенно концентрируются  в пищевых цепях.

В экологическом отношении  наибольшую опасность представляют ⁹⁰Sr и ¹³⁷Cs. Это обусловлено длительным периодом полураспада (28 лет ⁹⁰Sr и 33 года ¹³⁷Cs), высокой энергией излучения и способностью легко включаться в биологический круговорот, в цепи питания. Стронций по химическим свойствам близок к кальцию и входит в состав костных тканей, а цезий близок к калию и включается во многие реакции живых организмов.

Искусственные радионуклиды закрепляются в основном (до 80-90%) в  верхнем слое почвы: на целине –  слое 0-10 см, на пашне – в пахотном горизонте. Наибольшей сорбцией обладают почвы с высоким содержанием  гумуса, тяжелым гранулометрическим составом, богатые монтмориллонитом и гидрослюдами, с непромывным  типом водного режима. В таких  почвах радионуклиды способны к миграции в незначительной степени. По степени  подвижности в почвах радионуклиды образуют ряд ⁹⁰Sr>¹⁰⁶Ru>¹³⁷Ce>^I29J>²³⁹Pu.

Скорость естественного  самоочищения почв от радиоизотопов  зависит от скоростей их радиоактивного распада, вертикальной и горизонтальной миграции. Период полураспада радиоактивного изотопа - время, необходимое для  распада половины количества его  атомов

Действие радиации зависит  от энергии излучения, то есть числа  частиц, вылетающих в единицу времени. Сила излучения измеряется в беккерелях или кюри. Единицы измерения —  беккерель (1 Бк = 1 распад в секунду) или кюри (1 Ки = 3,7 · 1010Бк). Дозу излучения, поражающую организм, находят путем измерения количества поглощенной им энергии. В качестве единицы радиоактивности используют также: Кл/кг (1 Кл/кг = 3,9 · 103 рентген); грей (1 Гр = 100 рад); зиверт (1 Зв = 100 бэр). Максимальные дозы, не причиняю-щие вреда организму человека, в случае их многократного действия равны 3 · 103 Гр (0,3 рад) в неделю и в случае единовременного действия — 0,25 Гр (25 рад). В дозиметрии почв используют следующие понятия: удельная (Бк/кг), объемная (Бк/м3) и поверхностная (Бк/м2) радиационная активность. Чаще всего на практике об уровне радиоактивности судят по гамма-излучению, в силу его наибольшей проницаемости и распространимости в окружающей среде. 1 Рентген – это такая доза фотонного излучения, при ко-торой в 1 см3 воздуха в процессе ионизации образуется 2,079 · 109 пар ионов каждого знака.

Обычный уровень радиации в Ростовской области и Краснодарском  крае составляет 10-15 мкР/час. Сравним, в районах Чернобыльской катастрофы, самозаселяемых сейчас и посещаемых туристами, уровень радиации – 1-1,5 тысяч мкР.

Радиоактивность в живых  организмах обладает накопительным  эффектом. Для человека величина ЛД50 (летальная доза, облучение в которой вызывает 50%-ную гибель биообъектов) составляет 2,5-3,5 Гр.

Доза 0,25 Гр считается условно  нормальной для внешнего облучения. 0,75 Гр облучение всего тела человека или 2,5 Гр облучение щитовидной железы от радиоактивного йода 131I требуют мер по радиационной защите населения.

Особенность радиоактивного загрязнения почвенного покрова заключается в том, что количество радиоактивных примесей чрезвычайно мало, и они не вызывают изменений основных свойств почвы — рН, соотношения элементов минерального питания, уровня плодородия. Поэтому, в первую очередь, следует лимитировать (нормировать) концентрации радиоактивных веществ, поступающих из почвы в продукцию растениеводства.

 

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

 

 

 

Поскольку в основном радионуклиды являются тяжелыми металлами, то основные проблемы и пути нормирования, санации и охраны почв от загрязнения радионуклидами и тяжелыми металлами в большей степени сходны и зачастую могут рассматриваться вместе.

 

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ

 

 

 

1. В.Ф. Вальков, К.Ш. Казеев, С.И. Колесников «Экология почв» Ростов-на-Дону, 2004.

 

2. Ступин Д. Ю., Загрязнение почв и новейшие технологии их восстановления: Учебное пособие. — СПб.: Издательство «Лань», 2009.

 

3. http://dic.academic.ru/dic.nsf/ecolog/

 

4. http://www.twirpx.com