Влияние радионуклидов на экологию
Включение радионуклидов в биологический цикл. Радиоактивность оболочек Земли. Распространенность радиоактивных элементов в горных породах, почвах, водах, атмосферном воздухе и их влияние на экологическую ситуацию. Искусственные радиоактивные изотопы.
| Рубрика | Экология и охрана природы |
| Вид | реферат |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 03.04.2012 |
| Размер файла | 32,2 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Содержание
- 1. Включение радионуклидов в биологический цикл
- 2. Радиоактивность оболочек Земли
- 3. Искусственные радиоактивные изотопы
- Список литературы
1. Включение радионуклидов в биологический цикл
Радиоактивные вещества, попадающие в атмосферу, в конечном счете концентрируются в почве. Через несколько лет после радиоактивных выпадений на земную поверхность поступление радионуклидов в растения из почвы становится основным путем попадания их в пищу человека и корм животных. При аварийных ситуациях, как показала авария на Чернобыльской АЭС, уже на второй год после выпадений основной путь попадания радиоактивных веществ в пищевые цепи -- поступление радионуклидов из почвы в растения.
Радиоактивные вещества, попадающие в почву, могут из нее частично вымываться и попадать в грунтовые воды. Однако почва довольно прочно удерживает попадающие в нее радиоактивные вещества. Поглощение радионуклидов обусловливает очень длительное (в течение десятилетий) их нахождение в почвенном покрове и непрекращающееся поступление в сельскохозяйственную продукцию. Почва как основной компонент агроценоза оказывает определяющее влияние на интенсивность включения радиоактивных веществ в кормовые и пищевые цепи.
Поглощение почвами радионуклидов препятствует их передвижению по профилю почв, проникновению в грунтовые воды и в конечном счете определяет их аккумуляцию в верхних почвенных горизонтах. Так, на целинных участках, на естественных лугах и пастбищах радионуклиды задерживаются в самом верхнем слое (0-5 см). После обработки почвы радионуклиды находятся преимущественно в пахотном слое.
Для дальнейшей миграции попадающих в почву радионуклидов и их вовлечения в биологический цикл процесс поглощения почвами имеет двоякое значение. С одной стороны, сорбция (поглощение) почвами, как правило, снижает размеры поступления радионуклидов в растения. С другой стороны, аккумуляция сорбированных радионуклидов в верхних горизонтах почвы, т. е. в слое наибольшего распространения корней растений, повышает доступность их растениям, а следовательно, способствует большему накоплению радионуклидов в урожае, чем при свободном передвижении их в более глубокие горизонты.
От поведения радионуклидов в почве зависит их дальнейшая судьба, а именно: размеры вымывания их с осадками, миграция по почвенному профилю, степень перехода в прочносорбированное (фиксированное) состояние и, как следствие всех этих процессов, интенсивность поступления в растения. Чем полнее радионуклиды поглотятся почвенным поглощающим комплексом (ППК), чем прочнее они закрепятся в поглощенном состоянии, тем меньше будут вымываться с осадками, мигрировать по профилю почвы и в относительно меньших количествах будут поступать в растения.
2. Радиоактивность оболочек Земли
радионуклид изотоп экологический радиоактивность
Первые наблюдения радиоактивности почв и горных пород были проведены в самом начале XX века. Последующие исследования показали, что все объекты географической оболочки обладают определенной радиоактивностью. Общее представление о порядке наиболее часто наблюдаемых величин естественной радиоактивности почв, растений, земной коры и гидросферы можно видеть в таблице.
1. Среднее содержание естественных радионуклидов в разных объектах географической оболочки Земли (использованы данные А.П. Виноградова, Л.А. Перцова), мас. %
|
Объекты |
Элементы |
|||
|
Уран |
Торий |
Радий |
||
|
Земная кора |
2,5х10-4 |
1,3x10-3 |
8,3x10-11 |
|
|
Почва |
1х10-4 |
6x10-4 |
8x10-11 |
|
|
Морская вода |
3x10-7 |
7x10-8 |
1x10-14 |
|
|
Пресная вода |
2х10-8 |
2x10-9 |
1х10-15 |
|
|
Зола растений |
5x10-5 |
5x10-5 |
2x10-11 |
Радиоактивность горных пород
О распределении радиоактивных элементов в толще земной коры и литосферы в целом на глубинах недоступных непосредственному наблюдению можно судить только на основании косвенных фактов и общих представлений о строении Земли. В настоящее время наибольшим признанием пользуется концепция, согласно которой радиоактивность пород падает с глубиной, но все же остается измеримой до весьма значительных глубин. Резко выраженное накопление радиоактивных элементов в гранитном слое континентальной коры, установленное Стреттом еще в 1906 году, подтвердилось последующими исследованиями.
Средние значения концентраций радиоактивных элементов в горных породах приведены в табл. 2, а в табл.3 дана удельная активность горных пород в отношении естественных радионуклидов по данным ВНИИФТРИ (1996). Из этих данных видна основная геохимическая закономерность уменьшения содержания радиоизотопов с увеличением основности магматических пород, Наибольшее содержание естественных радионуклидов наблюдается в изверженных породах кислого и щелочного состава богатых калием. Основными носителями радиоактивных элементов в этих породах являются акцессорные минералы: циркон, монацит, ксенотим, ортит, апатит и сфен. Что касается главных породообразующих минералов, то установлено, что салические минералы (в первую очередь полевые шпаты) обладают в среднем в 3 раза большей радиоактивностью, чем фемические. Поэтому на практике существует эмпирическое правило: магматические породы светлых оттенков более радиоактивны, чем темные.
2. Распространённость радиоактивных элементов в горных породах, мас% (по А.П.Виноградову)
|
Элементы |
Горные породы |
||||||
|
Метеориты (хондриты) |
Дуниты |
Базальты |
Граниты |
Осадочные породы (глины, сланцы) |
Глубоко-вод.илы |
||
|
Уран |
1,5х10-6 |
3x10-7 |
5x10-5 |
3,5х10-4 |
2,5х10-4 |
1,3х10-4 |
|
|
Торий |
4x10-6 |
5x10-7 |
3x10-4 |
1,8x10-3 |
1,3x10-3 |
7х10-4 |
3. Удельная активность естественных радионуклидов в горных породах
|
Горные породы |
Удельная активность, |
Бк/кг |
||
|
Уран-238 |
Торий-232 |
Калий-40 |
||
|
Магматические |
||||
|
Кислые |
60 |
80 |
1000 |
|
|
Средние |
20 |
30 |
700 |
|
|
Основные |
10 |
10 |
240 |
|
|
Ультраосновные |
0,4 |
25 |
150 |
|
|
Осадочные |
||||
|
Известняки |
30 |
7 |
90 |
|
|
Песчаники |
19 |
10 |
370 |
|
|
Сланцы глинистые |
44 |
45 |
700 |
Наиболее высокой радиоактивностью среди осадочных пород обладают глинистые сланцы и глины. Содержание радионуклидов в них приближается к таковому в кислых изверженных породах - гранитах. На основании анализа многочисленных диаграмм гамма-каротажа глубоких скважин и результатов лабораторного радиометрического изучения большого количества образцов осадочных горных пород было выявлено, что среди них наименьшей радиоактивностью обладают чистые химические и органические осадки (каменная соль, гипс, известняки, доломиты, кварцевые пески, кремнистые сланцы, яшмы). Морские осадки в целом более радиоактивны, чем континентальные.
Радиоактивность почв
Главным источником радиоактивных элементов в почвах следует считать почвообразующие породы. Поэтому почвы, развитые на кислых магматических породах, относительно обогащены радиоактивными элементами (ураном, радием, торием, калием), а почвы, образованные на основных и ультраосновных породах, бедны ими. Глинистые почвы почти везде богаче радиоизотопами, чем песчанистые.
Почвы, как рыхлые образования, по вещественному составу близки к осадочным породам, поэтому они во многом подчиняются закономерностям распределения естественных радионуклидов в отложениях этого генезиса. Тонкая коллоидная фракция почв, с которой связаны обменно-сорбционные процессы, обогащена радиоактивными элементами по сравнению с более крупными частицами. То же самое касается и органической составляющей почв. Однако прямой зависимости между радиоактивностью почв и количеством органического вещества в них не наблюдается. В табл. 3 приведена удельная активность основных типов почв по данным ВНИИФТРИ (1996). По данным А.П.Виноградова содержание радия в верхнем горизонте почв колеблется от 2,8 до 9,5 х 10-11 %. Причем, в большинстве почв наблюдается резкое смещение радиоактивного равновесия между ураном и радием в сторону последнего, что связано с выщелачиванием урана грунтовыми водами.
3. Удельная активность естественных радионуклидов в почвах
|
Основные типы почв |
Удельная активность, Бк/кг |
|||
|
Уран-238 |
Торий-232 |
Калий-40 |
||
|
Сероземы |
31 |
48 |
670 |
|
|
Серо-коричневые |
28 |
41 |
700 |
|
|
Каштановые |
27 |
37 |
550. |
|
|
Черноземы |
22 |
36 |
410 |
|
|
Серые лесные |
18 |
27 |
370 |
|
|
Дерново-подзолистые |
15 |
22 |
300 |
|
|
Подзолистые |
9 |
12 |
150 |
|
|
Торфянистые |
6 |
6 |
90 |
Под влиянием испытаний ядерного оружия и техногенных факторов почвы повсеместно загрязнены искусственными радионуклидами. Например, средняя плотность загрязнения верхних слоев почв северного полушария радиоактивным цезием составляет 0,12 Ки/км2.
Радиоактивность природных вод
Содержание естественных радионуклидов в морских и речных водах показано в табл. 8. По содержанию урана морские воды приближаются к ультраосновным горным породам - дунитам и значительно обеднены торием по сравнению с последними.
Радиоактивность речных и озерных вод зависит от источника их питания. Дождевые, снеговые и ледниковые воды содержат небольшое количество солей, поэтому водоемы горных районов высоких широт, имеющие этот источник питания, практически стерильны 6 отношении естественных радионуклидов.
Природные радионуклиды поступают в открытые водоемы суши в основном с подземными водами. Грунтовые и межпластовые воды, питая озера и реки, определяют уровни природной радиоактивности воды этих водоемов. Поэтому радиоактивность воды рек и озер подвержена значительным колебаниям. Она напрямую зависит от химического и минерального состава дренируемых ими горных пород, в которых располагаются чаши озер или водосборы рек. К другому важному фактору, влияющему на степень радиоактивности воды открытых водоемов, относится климат, от которого зависит степень химического выветривания горных пород, являющихся основным поставщиком природных радионуклидов.
Наконец, концентрация радиоизотопов в озерах зависит от степени водообмена. Бессточные озера в районах с засушливым климатом могут быть значительно обогащены радиоактивными элементами за счет сильного испарения застойной воды.
Если исключить реки, дренирующие урановорудные районы, то можно считать, что речные воды отличаются пониженным относительно морских вод содержанием урана, радия, тория, калия и радона, хотя есть и исключения из этого правила (например, Сыр-Дарья). В таблице 4 приведено содержание урана в некоторых реках по данным Д.С.Николаева.
4. Содержание урана в воде некоторых рек
|
Реки |
Содержание урана, мас% |
Реки |
Содержание урана, мас% |
|
|
Рион |
7x10-8 |
Дунай |
5-30х10-8 |
|
|
Обь |
1х10-7 |
Ока |
1x10-7 |
|
|
Волга |
1,5-11x10-8 |
Кама |
8-15х10-8 |
|
|
Днепр |
13-17х10-8 |
Енисей |
2x10-7 |
|
|
Иртыш |
15-21х10-8 |
Сыр-Дарья |
1x10-6 |
В период паводка радиоактивность речной воды снижается, а в межень - повышается. Зимой, когда реки покрываются льдом, наблюдается повышенное содержание в воде радиоактивных газов - радона и торона.
Подземные воды бывают значительно обогащены ураном, радием, торием и радоном по сравнению с поверхностными. Количество радиоактивных элементов в них зависит от вещественного состава вмещающих пород и химизма самих вод. В гидрогеологии принято выделять радоновые, радиевые и урановые воды, в зависимости от преобладания в их составе того или иного радиоактивного элемента. Существуют и смешанные воды: радоно-радиевые, урано-радиевые, радиево-мезоториевые. Концентрация радия в подземных водах может достигать 2,5 х 10-11%, а урана -3х10-5%.
Еще в тридцатые годы XX столетия В.Г. Хлопиным была замечена повышенная концентрация радия в воде нефтяных месторождений. В настоящее время, в результате интенсивной эксплуатации месторождений углеводородного сырья это приводит к накоплению природных радионуклидов на технологическом оборудовании и трубопроводах нефтяных и газовых месторождений. На отдельных месторождениях мощность экспозиционной дозы от оборудования достигает 6 мР/ч, а удельная активность природных радионуклидов в шламе превышает 105 Бк/кг. Следствием этого является неконтролируемое облучение персонала и населения.
Радиоактивность атмосферного воздуха
Атмосфера Земли всегда содержит газообразные радиоактивные вещества в виде инертных газов - радона, торона и актинона, источником которых являются эманирующие горные породы. Радиоактивные эманации, попадая из почвы в атмосферный воздух, затем разносятся горизонтальными и вертикальными воздушными потоками. В свою очередь радиоактивные газы, претерпевая распад, превращаются в твердые радиоизотопы, которые выпадают на поверхность Земли в виде активных осадков.
Актинон и торон не являются долгоживущими. Период полураспада первой эманации равняется всего лишь 3,92 с, а второй - 54,5 с, поэтому они встречаются в небольших количествах лишь в самых нижних слоях атмосферы вблизи дневной поверхности. Период полураспада радона более значителен (3,82 сут.), вследствие чего сама эманация и продукты ее распада транспортируются ветром на большие расстояния от места выделения.
Наблюдения показывают, что нижние слои атмосферы над континентами содержат 1-2 атома радона на 1 см3 воздуха. Концентрация торона обычно в 10 000 раз меньше. Атмосферный воздух над океаном содержит радона в 100 раз меньше, чем над сушей. Концентрация радона быстро убывает с высотой. Уже на высоте 1 км его количество в 2 раза, а на высоте 4 км - в 14 раз меньше, чем у земной поверхности.
Закономерность распределения продуктов распада радиоактивных эманации совершенно иная. Многие из твердых радиоизотопов, следующих в естественных радиоактивных рядах за эманациями, почти равномерно распределены в нижних слоях атмосферы. К примеру, концентрация RaD на уровне земной поверхности и на высоте 10 км почти одинакова.
Твердые радиоактивные частицы, содержащиеся в воздухе, захватываются конденсирующимися каплями воды и выпадают на поверхность Земли с атмосферными осадками. После обильных дождей и снегопада радиоактивность воздуха уменьшается.
Кроме радиоактивных эманации и твердых продуктов их распада в атмосфере присутствуют радиоизотопы, образующиеся под действием космических лучей. К таким радионуклидам относится в первую очередь углерод-14, количество которого в воздухе ничтожно мало.
3. Искусственные радиоактивные изотопы
В эту группу входят радионуклиды, которых нет в природе. Лишь некоторые из них в ничтожных количествах встречаются в горных породах. Основная же их масса появилась в середине XX столетия в результате деятельности человека. Это продукты деления радиоизотопов, используемых при атомных взрывах и управляемых ядерных реакциях.
Искусственные радионуклиды легко включаются в пищевые цепи и накапливаются в живых организмах. Энергия частиц, испускаемых этими изотопами, колеблется от 0,1 до 5 МэВ. Искусственные радионуклиды приведены в таблице 5. В этом списке отсутствуют крайне короткоживущие радиоизотопы, которые не представляют интереса для экологии.
5. Искусственные радиоактивные изотопы, имеющие важное значение в экологии
|
Изотоп |
Символ |
Период полураспада |
Преобладающий тип излучения |
|
|
Стронций-90 |
90Sr |
28 лет |
бета |
|
|
Стронций-89 |
89Sr |
53 сут. |
бета |
|
|
Цезий-137 |
137Cs |
33 года |
бета, гамма |
|
|
Цезий-134 |
134Cs |
2,3 года |
бета, гамма |
|
|
Рутений-103 |
103Ru |
40 сут. |
бета, гамма |
|
|
Рутений-106 |
106Ru |
1 год |
бета |
|
|
Цирконий-95 |
95Zr |
65 сут |
бета, гамма |
|
|
Барий-140 |
140Ba |
12,8 сут. |
бета, гамма |
|
|
Неодим-147 |
147Nd |
11,3 сут. |
бета, гамма |
|
|
Иттрий-91 |
91Y |
61 сут. |
бета, гамма |
|
|
Углерод-14 |
14C |
5730 лет |
бета |
|
|
Фосфор-32 |
32P |
14,5 сут. |
бета |
|
|
Железо-59 |
59Fe |
45 сут. |
бета, гамма |
|
|
Иод-131 |
131J |
8 сут. |
бета, гамма |
|
|
Кобальт-60 |
60Co |
5,27 лет |
бета, гамма |
|
|
Плутоний-239 |
239Pu |
2,4x104 лет |
альфа, гамма |
|
|
Водород-3 (тритий) |
3H |
12 лет |
бета |
|
|
Криптон-85 |
85Kr |
10,4 года |
бета |
|
|
Ниобий-95 |
95Nb |
35 сут. |
бета, гамма |
|
|
Уран-233 |
233U |
1,63x105 лет |
альфа, гамма |
|
|
Радон-222 |
222Rn |
3,82 дня |
альфа |
К наиболее опасным искусственным радионуклидам, являющимся продуктами распада урана, относятся цезий-137 и стронций-90, а также искусственно получаемый изотоп - плутоний-239. Источниками поступления их во внешнюю среду являются аварийные выбросы и утечки из атомных реакторов, хранилищ и могильников РАО, заводов ядерного цикла и, конечно, ядерные взрывы. В табл. 6 приведен выход стронция-90 и цезия-137 при делении ядер урана-235 и плутония-239 поданным ВНИИФТРИ (1996).
В настоящее время фоновые значения глобального радиоактивного загрязнения составляют: по стронцию-90 - 0,045, по цезию-137 - 0,08, по плутонию-239 - 0,005 Ки/км2.
Цезий по химическим свойствам похож на калий. Растворяется в воде. В организме размещается в мягких тканях и селезенке. Легко выводится из организма.
Стронций по химическим свойствам похож на кальций. В организме его функция сводится к активному участию в строительстве и обновлении костных тканей. Поэтому он накапливается в костях и очень медленно выводится, становясь на долгие годы источником внутреннего облучения стволовых клеток красного костного мозга высокоэнергетичными бета-частицами.
Плутоний - серебристо-белый металл с плотностью 19,8 г/см3 и температурой плавления 600° С. Наиболее важный его радиоактивный изотоп - плутоний-239, который искусственно получают в атомных реакторах. Он является важнейшим ядерным горючим. Этот радионуклид - один из самых опасных загрязнителей окружающей природной среды, куда он поступает в результате проведения ядерных взрывов и при авариях на ядерных установках. В природе (в урановых рудах) в ничтожных количествах встречается другой радиоизотоп плутония - плутоний-244 с периодом полураспада 7,5x107 лет.
Йод имеет три радиоактивных изотопа: иод-131, иод-133 и иод-135. Наиболее опасен иод-131, являющийся источником бета- и гамма-излучений. В первые часы после атомного взрыва на иод-131 приходится 40-50% суммарной активности. Он накапливается в щитовидной железе и является серьезным источником внутреннего облучения организма.
Список литературы
1. Анненков Б. Н., Юдиннева Е. В. Основы сельскохозяйственной радиологии.-- М.: Агропромиздат, 1991. -- 287 с: ил.
2. Радиобиология/ А. Д. Белов, В. А. Киршин, Н. П. Лысенко, В. В. Пак и др.; Под ред. А. Д. Белова. -- М.: Колос, 1999. -- 384 с: ил.
3. Старков В.Д., Мигунов В.И. Радиационная экология. Тюмень: ФГУ ИПП «Тюмень», 2003, 304 с, табл. 57, ил. 77, прил. 10.
Размещено на Allbest.ru
Подобные документы
Содержание в почвах естественных радионуклидов урана, радия и тория. Естественная радиоактивность глинистых и песчаных почв и дозы облучения населения в регионах Хиит и Иншас (Египет). Закономерности распределения радионуклидов среди растений и грибов.
курсовая работа [175,2 K], добавлен 03.11.2011Особенности аккумуляции радионуклидов растительностью. Пути миграции радионуклидов в окружающей среде. Аккумуляция радионуклидов растениями лесных фитоценозов. Влияние внешнего облучения и поглощенных радионуклидов на жизнедеятельность растений.
курсовая работа [52,1 K], добавлен 22.08.2008Исследование почвенно-растительных комплексов степной зоны, подверженных глобальным выпадениям радионуклидов. Накопление радионуклидов стронция-90 в почвах различных типов и содержание их в растениях степной зоны после атмосферных ядерных взрывов.
дипломная работа [5,3 M], добавлен 07.11.2010Компоненты радиационного фона Земли. Состав космического излучения. Космогенные радионуклиды. Радиоактивные изотопы, изначально присутствующие на Земле. Характеристика и параметры внешнего и внутреннего облучения от радионуклидов земного происхождения.
контрольная работа [181,4 K], добавлен 13.04.2009Природные экосистемы загрязнены техногенными радионуклидами из разных источников: из атмосферы – результат испытаний ядерного оружия, значительное количество радионуклидов поступило в окружающую среду в результате деятельности ядерных предприятий.
реферат [21,4 K], добавлен 17.12.2004Особо опасные для жизнедеятельности человека радиоактивные изотопы, возникшие при аварии на Чернобыльской АЭС. Отражаение их на здоровье человека. Пути попадания радиоактивных изотопов в атмосферу, воду и пищу, их отрицательное воздействие на человека.
лекция [802,5 K], добавлен 19.11.2008Радионуклиды - нестабильные элементы, которые с относительно высокой интенсивностью подвергаются ядерному распаду. Концентрация радионуклидов в окружающей среде. Сельскохозяйственная деятельность в загрязненных зонах. Влияние радионуклидов на организм.
презентация [2,8 M], добавлен 17.11.2013Влияние ионизирующего излучения на человека. Допустимая доза облучения. Газообразный продукт распада урана-238 радон как главный радиационный фактор окружающей среды от естественных радиоактивных элементов. Оценка дозовой нагрузки методами биодозиметрии.
презентация [18,8 M], добавлен 10.02.2014Источники радиоактивного загрязнения. Катастрофа на ЧАЭС и ее последствия на территории Республики Беларусь. Особенности аккумулирования радионуклидов грибами, их классификация по накопительной способности. Снижение содержания радионуклидов в грибах.
курсовая работа [26,7 K], добавлен 22.08.2008Метеорологические условия в ходе развития аварии. Расчет формирования радиоактивных следов в соответствии с метеорологическими условиями для мгновенных выбросов. Выпадения радионуклидов на поверхность почвы. Радиоактивность в Киевском водохранилище.
реферат [333,2 K], добавлен 19.12.2015
