Миграция радионуклидов

             

 

 

Миграция радионуклидов

 

 

 

 

 

 

 

 

СОДЕРЖАНИЕ

1. Введение
2. Основные пути миграции радиоактивных веществ
3. Миграция радионуклидов в атмосфере
4. Миграция радионуклидов в гидросфере
5. Миграция радионуклидов в почве
6. Миграция радионуклидов в наземных биогеоценозах
7. Участие человека в миграции радионуклидов

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

  ВВЕДЕНИЕ

 

          Современный этап развития общества, стоительство предприятий ядерного топливного цикла, применение новых технологий (в том числе и в медицине) связаны с возрастающими масштабами применения источников ионизирующего излучения. Несомненно, что данные технологии при определенных обстоятельствах могут являться небезопасными для человека и окружающей среды.

Таким образом, перед наукой возникла огромной важности проблема защиты человека от поражающего действия ионизирующей радиации. Одним из условий  успешного решения этой задачи является изучение механизмов миграции радионуклидов в биосфере.

 

 

 

 

 

 

Вмешательство человека в  окружающую природную среду привело к ухудшению его здоровья как биологического вида, огромный ущерб нанесен состоянию компонентов всех природных экосистем. Загрязнение всех сред - атмосферного воздуха, воды, почвы - нарушает природные механизмы стабилизации.

Основными путями миграции токсичных, радиоактивных и других веществ, опасных для человека, животных и растений, являются:

1) перенос воздушными течениями;

2) распространение по  водным объектам, в том числе  проникновение в подземные воды, с последующим попаданием в  воды Мирового океана;

3) движение по трофическим  цепям - ряду видов или их  групп, каждое предыдущее звено  в которых служит пищей для следующего.

Что такое миграция?

Под термином «миграция» понимают движение химических элементов в  компонентах окружающей среды. Дело в том, что в природе все  элементы, особенно если это элементы, которые образовывают верхний слой почвенного покрова Земли, находятся  в движении. Необходимо отметит, что  интенсивность движения каждого  из этих элементов разная. Например, элементы, которые обеспечивают развитие растений интенсивно извлекаются из почвы и с отмиранием растений опять поступают в почву. Так образуется малый круговорот веществ (элементов) в природе

Пути миграции радиоактивных  выбросов в биосфере отличаются многообразием  и большой сложностью.

Искусственные радионуклиды, образовавшиеся при испытании ядерного оружия и авариях на атомных электростанциях, попадают в атмосферу, из которой в виде "мокрых" и " сухих" выпадений в составе аэрозолей и частиц поступают на поверхность почвы, водных систем и растительности (рис.).

 

 

Рис. Схема миграции радионуклидов  по биологическим цепям.

Среди миграционных цепей  наиболее значима цепь: почва–растение–животное. В звеньях этой цепи можно регулировать поступление радионуклидов. Например, в цепи почва–растение это осуществляется внесением минеральных удобрений, а в цепи растение–животное –  путем подбора кормов рациона  и введения в рацион сорбентов  радионуклидов.

Пути поступления радионуклидов  в организм человека различны. Значительная их доля поступает в организм человека по двум пищевым цепям: почва–растение–человек и почва–растение (корм)–животное (продукция животноводства) –человек.

 Существует разные  уровни организации миграции  веществ (их химических соединений), которые происходят как в пределах  почвенно-растительного покрова,  так и в пределах целого  ландшафта.

 По своей сути, механизмы  обеспечивающие миграцию радиоактивных  веществ в окружающей среде,  ни чем не отличаются от  механизмов миграции других элементов.  В большинстве отличия обусловлены  физико-химическими свойствами каждого  радионуклида.

 По происхождению миграцию  радионуклидов разделяют на несколько  типов: природную и техногенную  (иногда ее называют антропогенной). По природной миграцией радионуклидов понимают миграцию, вызванную природными явлениями – разливы рек и паводки, пожары, дожди, ураганы и т.д. Под техногенной миграцией понимают движение элементов, обусловленное деятельностью человека – ядерные взрывы, аварии на ядерных энергетических установках, предприятиях по добыче и переработке урана, каменного угля, руды и т.д.)

 Существуют отличия  в направлении движения радионуклидов  в окружающей среде. Выделяют  вертикальную миграцию радионуклидов  (извержение вулканов, дожди, вспашка  почвы, выращивание леса и т.д.), а также горизонтальную миграцию (разливы рек, перенос радиоактивной  пыли и аэрозолей ветром, миграция  живых организмов и т.д.). Существует  смешанный тип миграции радионуклидов  (ядерные взрывы, большие пожары, добыча и переработка нефти,  производство и внесение минеральных  удобрений и т.д.).

 Загрязнение радионуклидами  наземных и водных экосистем  приводит к вовлечению этих  элементов в трофические (пищевые)  цепочки. Пищевые цепочки представляют  собой ряд последовательных этапов по которым осуществляется трансформирование вещества и энергии в экосистеме. Все живые организмы связаны между собой, поскольку они являются объектами питания. При загрязнении одной из цепей радиоактивными веществами осуществляется миграция и последовательное накопление нуклидов в других элементах трофической цепи.

Особенности биогеохимических циклов определяются прежде всего свойствами той среды, в которую радионуклиды попали, а миграция радионуклидов - влиянием абиотических (механических, физических, химических) и биотических (биологические процессы обмена) факторов. Массивное радиоактивное загрязнение, например, в результате атомного взрыва или радиационной аварии опасно локальными непосредственными негативными эффектами в объектах природной среды. Однако и небольшие сбросы радиоактивных отходов могут привести к опасному накоплению радионуклидов в некоторых звеньях их кругооборота, при этом повышенной способностью к концентрированию РВ обладают многие растительные и животные организмы.

Человек, как непосредственный участник круговорота веществ в  биосфере, в определенных случаях  может стать критическим звеном пищевой цепи, по которой радионуклиды поступают в его организм.

В атмосферном воздухе  радионуклиды могут присутствовать в виде газа (например, радона) или  аэрозолей, при этом последние главным  образом и участвуют в процессах  миграции.

Поведение радионуклидов  в аэрозольной форме зависит  от степени дисперсности частиц, в  которых они содержатся, высоты выбросов, метеорологических условий и  других факторов. Крупные частицы  оседают в районе их образования  или выброса, вызывая локальные  загрязнения; более мелкие частицы  могут проникать в верхние  слои тропосферы и даже в стратосферу, широко рассеиваться воздушными потоками и, оседая, приводить к региональным и глобальным загрязнениям территории.

В стратосферу инжектируются  мелкодисперсные (1 мкм и менее) частицы  в основном при мощных термоядерных взрывах. С воздушными течениями  они переносятся преимущественно  в широтном направлении, многократно  опоясывая земной шар и вызывая  глобальные радиоактивные выпадения. Гравитационное оседание этих частиц крайне замедлено, и поэтому период полуочищения стратосферы от радионуклидов велик и колеблется от 7 месяцев до 1 года и более. В верхние слои тропосферы радионуклиды попадают также в основном при атомных взрывах. Здесь они рассеиваются ветрами и вертикальными смещениями воздушных масс и постепенно выпадают на поверхность земли с атмосферными осадками, в результате гравитационного оседания, электростатического осаждения на частицах нерадиоактивной пыли, соприкосновения с почвой, водой, наземными объектами и других процессов, образуя тропосферные радиоактивные выпадения и приводя к региональным загрязнениям. Период полуочищения тропосферы значительно короче и составляет 20-40 сут. Максимальные загрязнения атмосферного воздуха наблюдаются на широте 25-35° обоих полушарий, а максимальные выпадения радионуклидов - в средних (40-50°) широтах, причем наибольшие уровни этих выпадений обусловлены атмосферными осадками и приходятся на весенне-летний период.

Выбросы радионуклидов в  атмосферу от радиологических объектов, за исключением крупных аварийных  ситуаций, могут приводить в основном к локальным выпадениям и загрязнениям. На степень рассеяния радионуклидов  в выбросах этих объектов, помимо вышеуказанных  факторов, влияют высота вентиляционных труб, сила тяги в них, температура  выбросов, рельеф местности и т.д. Наиболее неблагоприятная обстановка складывается в условиях температурной  инверсии и образования так называемой задымляющей струи, когда зона соприкосновения факела с поверхностью земли располагается вблизи трубы и человек может подвергнуться непосредственному воздействию радиоактивных выбросов. Радионуклиды, выпавшие из атмосферного воздуха в наземные биогеоценозы и водную среду, включаются в биогеохимические процессы.

Миграция радионуклидов  в гидросфере. В моря, океаны, пресноводные водоемы радионуклиды могут поступать  непосредственно (например, с удаляемыми отходами), в результате выпадения  из атмосферы, с жидкими и твердыми стоками с берегов и т.п. Отмечена более высокая плотность радиоактивных  выпадений на океаническую поверхность, чем на поверхность континентов. Радиоактивное загрязнение гидросферы создает сложные гигиенические  проблемы, связанные с употреблением  водной биопродукции, а также с использованием водоемов для водоснабжения, орошения, рекреационных и других целей.

Основные направления  миграции радионуклидов в водоемах (разбавление, сорбция донными отложениями, накопление гидробионтами, поступление  на береговую территорию) определяются интенсивностью гидрологических, гидрохимических, биологических, метеорологических  и других процессов. Разбавление  радионуклидов в водной среде  происходит в результате течений, ветровых волнений и диффузии. Разбавлением достигается снижение высоких опасных  концентраций радионуклидов в местах сброса, однако широкое рассеяние  их ведет к определенному ухудшению  радиоэкологической ситуации на значительных пространствах. О подвижности радионуклидов  в воде судят по периоду пребывания их в водной фазе - среднему времени  нахождения нуклида в воде между  поступлением и переходом в донные отложения.

В донные отложения радионуклиды поступают за счет процессов осаждения, диффузии, ионного обмена, с отмирающими  организмами и т.д. Степень накопления радионуклидов на дне определяют размер частиц грунта, химические свойства воды, отложений и соединений, содержащих радионуклиды, глубины водоема. Так, суглинки обладают большей сорбционной способностью, чем пески. Стронций-90 сорбируется мало, а прометий-147 - в максимальной степени. С повышением солености воды переход радионуклидов в грунты уменьшается. На малых глубинах в прибрежных районах радионуклиды быстро выпадают на дно, в то время как снижения активности воды в открытом океане почти не наблюдается, хотя содержание стронций-90 и цезия-137 в воде открытых океанов ниже, чем в воде закрытых морей. Инертные в химическом отношении радионуклиды и их соединения не задерживаются в прибрежных районах и выносятся в открытый океан.

Оседающие на дно радионуклиды медленно проникают в грунт на различную глубину в зависимости  от степени его рыхлости: в плотных  глинистых породах - на 15 см, а в  песке и торфе - до 1,5 м. Наряду с  сорбцией радионуклидов в донных отложениях происходят и обратные процессы их десорбции в воду. Это взаимосвязанные  процессы, динамическое равновесие между  которыми наступает при постоянной концентрации радионуклидов в воде, а с уменьшением концентрации - дно может стать источником вторичного загрязнения воды.

Сорбционная способность  донных отложений характеризуется  коэффициентами распределения - отношением количества радионуклида в единице  массы высушенного образца грунта к количеству радионуклида в единице  объема воды. Коэффициенты распределения  радионуклидов широко варьируют (1•102-1•105): для кальция-45 и стронция-90 они  минимальны, а для прометия-147 - максимальны. Высокая сорбционная емкость  донных отложений может приводить  к накоплению радионуклидов на дне  и, соответственно, в донных организмах, с которыми РВ могут попадать в  организм человека.

Водные растительные и  животные организмы играют важную роль в миграции радионуклидов в водной среде и являются основным звеном пищевой цепи, по которой РВ могут  попадать из гидросферы в организм человека. Гидробионты усваивают  радионуклиды из воды, донных отложений  и других организмов по пищевым цепям. Степень накопления радионуклидов  растительными и животными организмами  широко колеблется даже у одних и  тех же видов в зависимости  от минерализации воды, стадии развития гидробионта, химических свойств радионуклида и других экологических условий. Так, содержание стронция-90 и цезия-137 в морских организмах значительно ниже, чем в пресноводных, а травоядные животные по сравнению с хищниками в большей степени усваивают радионуклиды.

Наиболее активно усваиваются  гидробионтами радионуклиды, относящиеся  к структурным элементам (углерод, азот, фосфор, кремний, кальций, стронций), элементам-катализаторам (железо, цинк, марганец, кобальт, никель, хром), легко  гидролизующимся элементам (алюминий, селен, иттрий, церий, рутений), тяжелым галогенам и тяжелым двухвалентным ионам. Оценку аккумуляции радионуклидов гидробионтами проводят по коэффициентам накопления - отношению концентраций радионуклида в гидробионтах и воде. Эти коэффициенты для различных организмов и радионуклидов варьируют очень широко (1•101-1•105), причем наибольшие значения их характерны для зоо- и фитопланктона, бентосных организмов.

На береговую полосу из водоемов радионуклиды могут попадать в результате хозяйственной деятельности человека, переноса образующихся над  водной поверхностью аэрозолей, затоплений при паводках и приливах, переноса насекомыми, земноводными, птицами  и т.п.