Связь радиоэкологии с другими науками

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

Введение

1. Связь радиоэкологии с другими науками

2. Бескорневое поступление радионуклидов в растения из твёрдых аэрозолей

3. Специальные виды мелиорации почв с целью их дезактивации и уменьшения поступления радионуклидов в растения

Заключение

Список использованной литературы

Введение

Радиоэкология - сравнительно молодая наука, сформировавшаяся в начале XX века. Радиоэкология, раздел экологии, изучающий концентрацию и миграцию радиоактивных нуклидов в биосфере, и влияние ионизирующих излучений на организмы, их популяции и сообщества - биоценозы. Элементы радиоэкологии содержатся в работах по биогеохимии радиоактивных веществ В. И. Вернадского (20-е гг. 20 века), в монографии чешских учёных Ю. Стокласа и Ж. Пенкава «Биология радия и урана» (1932). Окончательно радиоэкология сформировалась к середине 50-х гг. 20 в. в связи с созданием атомной промышленности и экспериментальными взрывами ядерных бомб, вызвавшими глобальное загрязнение окружающей среды радионуклидами стронция, цезия, плутония, углерода и др.

Радиоэкология обычно имеет дело с весьма малыми мощностями хронического внешнего и внутреннего облучения организма. В природных условиях организмы подвергаются облучению за счёт естественного фона радиоактивности (космические лучи, излучения природных радионуклидов U, Ra, Th и др.), а также за счёт радиоактивного загрязнения биосферы искусственными радионуклидами. Однако многие растения и животные способны накапливать в жизненно важных органах и тканях радионуклиды, что влияет на их миграцию в биосфере и приводит к значительному усилению внутреннего облучения организма. Повышенные дозы облучения, воздействуя на генетический аппарат клеток, приводят к возрастанию темпов наследственной изменчивости. Более высокие дозы облучения понижают жизнеспособность организмов (вплоть до вымирания наиболее чувствительных к ионизирующим излучениям популяций) и тем самым вызывают изменение структуры биоценозов и обеднение межвидовых взаимоотношений в них. Выявление закономерностей, лежащих в основе этих процессов, имеет большое значение для ряда отраслей народного хозяйства. Так, особый практический интерес представляют следующие изучаемые радиоэкологией проблемы: миграция радионуклидов в пищевых цепях организмов (в т. ч. с.-х. животных и человека); обрыв или ослабление экологических связей; дезактивация с.-х. земель, водоёмов и т.п., загрязнённых радионуклидами; поиск поверхностно залегающих месторождений радиоактивных руд (по радиоактивности растений-индикаторов); выявление территорий суши и акваторий, загрязнённых искусственными радионуклидами. Многообразие практических аспектов радиоэкологии привело к её подразделению на морскую, пресноводную, наземную (в т. ч. лесную, сельскохозяйственную), а также ветеринарную и граничащую с ней радиационную гигиену. Результаты радиоэкологических исследований оказали большое влияние на принятие международных конвенций, направленных на ограничение испытаний ядерного оружия и отказ от его применения в условиях войны. На основе рекомендаций радиоэкологии в промышленности разрабатываются и внедряются замкнутые циклы охлаждения ядерных реакторов, улавливатели радиоактивных аэрозолей, методы хранения и обезвреживания радиоактивных отходов, исключающие их попадание в окружающую среду.

Все живые организмы на Земле, в т. ч. человек, находятся под постоянным воздействием космического излучения и излучения радионуклидов, содержащихся в атмосфере, воде, почвах, горных породах, строительных и др. материалах. Наибольшее воздействие на живые организмы оказывают природные радионуклиды 40К, 235U,238U, 232Th и продукты их распада, а также космогенные радионуклиды, образующиеся главным образом в верхних слоях атмосферы под действием космического излучения (14С, 3Н и др.). Развитие атомной промышленности и проведение испытаний ядерного оружия (начиная с 40-50-х гг. 20 в.) привело к тому, что в окружающую среду во все возрастающих количествах стали попадать искусственные (техногенные) радионуклиды85Кr, изотопы ксенона, 131I, 90Sr, 144Ce, l37Cs и др., многие из которых имеют сравнительно большие периоды полураспада (до нескольких десятков лет). Особенно много техногенных радионуклидов попало в окружающую среду до подписания Московского договора о запрещении испытаний ядерного оружия в атмосфере и на поверхности Земли и океана (1972). В результате крупных аварий на ядерных реакторах (Уиндскейл, 1957; Чернобыль, 1986) в атмосферу выброшены большие количества продуктов ядерного деления урана, плутония и нептуния, которые в виде аэрозолей и газов распространились на большие расстояния.

Пути распространения радионуклидов от мест выброса, хранения и захоронения радиоактивных отходов, а также за счет выщелачивания из радиоактивных пород зависят от химических форм, в которых находятся радионуклиды, способности этих форм к комплексообразованию, гидролизу, окислению и восстановлению, других факторов. В конечном счете, рассеянные в среде радионуклиды усваиваются живыми организмами (растениями и животными), причем в организм человека они могут попадать не только непосредственно (при дыхании, с питьевой водой и т. п.), но и по сложным пищевым цепям (например, 90Sr в значительной мере попадает по цепочке растительность - травоядные животные - молоко). Важная задача радиоэкологии - вскрытие путей попадания радионуклидов в организм человека и защита его от такого попадания.

1. Связь радиоэкологии с другими науками

Современная радиоэкология развивается на стыке многих наук. Так, ядерная физика и ядерная геофизика позволяют изучать радиационные поля, т. е. распределение источников ионизирующего излучения в атмосфере, водоемах, почвах, горных породах; радиохимия - исследовать состояние радионуклидов в водных растворах, аэрозолях (определять химические формы, степени окисления элементов и т.д.), формы, в которых происходит миграция радионуклидов в среде (истинные растворы, ультрадисперсные твердые частицы и т.д.), изменение этих форм либо при прохождении геохимических барьеров типа река - море или океан - атмосфера, либо при изменении температуры, кислотности, влажности, других факторов. Сведения о концентрировании радионуклидов различными организмами и их отдельными органами (напр., 90Sr накапливается в костях человека, а 131I - в щитовидной железе), данные о генетических и других последствиях воздействия ионизирующего излучения дает радиобиология. Методы расчета дозы и мощности дозы ионизирующего излучения разработаны в дозиметрии.

Для радиоэкологии представляет интерес, прежде всего изучение воздействия на организмы малых доз ионизирующего излучения. Таким воздействием обладают, например, радон и продукты его распада (сам радон образуется при распаде имеющегося повсеместно в исключительно низких концентрациях радия), в заметных количествах присутствующие в воздухе в современных зданиях, построенных с использованием новых строительных материалов (шлаков, зольных остатков от сгорания ископаемых топлив).

Систематические исследования радиоэкологии направлены, в частности, на то, чтобы правильным выбором материалов и целесообразной планировкой помещений исключить опасное повышение концентрации радона в школьных зданиях, жилых помещениях, производств, предприятиях.

В реальных условиях степень воздействия ионизирующего излучения может быть усилена наличием в среде вредных примесей (например, в атмосфере - оксидов азота, серы, СО; в почвах и в водах - ионов тяжелых металлов, пестицидов и т.д.); это - так называемый радиоэкологический синергизм.

Важная проблема радиоэкологии - изучение пространственно-временной изменчивости естественного фона ионизирующего излучения (например., на поверхности Земли в 50-100 раз). Повышенным фоном характеризуются, в частности, так называемые радиоактивные провинции - районы с высоким естественным содержанием урана и тория в почве и горных породах, расположенных на поверхности. Во многих странах ведутся работы по непрерывному контролю (мониторингу) радиоактивного загрязнения воздуха, почв, растительных и животных организмов, позволяющие выявлять зоны повышенного загрязнения, их источники, а также радиологически чистые зоны. Мониторинг позволяет надежно устанавливать даже незначительные изменения в радиационной обстановке на местности, связанные с изменениями в режимах работы ядерных реакторов, предприятий атомной промышленности и т.д., не говоря уже об аварийных ситуациях.

Сведения, получаемые в радиоэкологии, играют важную роль при выработке международных соглашений, направленных на полное прекращение испытаний ядерного оружия, сокращение его производства; на них основаны нормативные документы, в т.ч. определяющие порядок захоронения радиоактивных отходов, безопасную работу ядерных реакторов, условия работы персонала; возможность использования с.-х. и иной продукции населением и т. д

2. Бескорневое поступление радионуклидов в растения из твёрдых аэрозолей

Известно, что в растениях может накапливаться, не повреждая их и не снижая урожайность, такое количество радионуклидов, при котором растениеводческая продукция становится непригодной для использования. Радионуклиды в растения могут поступать через вегетативные органы -- аэральный путь поступления и через корневую систему -- корневой путь поступления. Аэральное поступление наиболее значимое при радиоактивном загрязнении воздушной среды сразу после радиационного инцидента. При попадании радионуклидов в почву преобладает корневой путь поступления.

При аэральном загрязнении на наземные органы растений оседают радиоактивные аэрозоли, оплавленные силикатные и карбонатные частицы грунта, частицы топлива, высокорадиоактивные “горячие” частицы, входящие в состав “сухого” и “мокрого” выпадения. Осевшие на растения радиоактивные выпадения слабо закрепляются в наземных органах, потому что одновременно с осаждением происходят полевые потери радиоактивности. Степень удержания радиоактивных выпадений растительностью оценивается по величине первичного удержания, которое выражается отношением количества радиоактивных частиц, осевших на растения, к общему количеству радиоактивных частиц, выпавших на данную площадь.

Первичное удержание и последующие процессы потерь радиоактивности зависят от многих факторов, в том числе от размера частиц и вида выпадений, площади удерживающей поверхности и плотности растительного покрова, морфологии растений и типа травостоя, урожайности наземной массы, метеоусловий во время и после выпадения радиоактивных осадков и др.

Максимальные потери радиоактивности при ветреной и дождливой погоде. Мелкие частицы и водорастворимые формы закрепляются в 4-7 раз прочнее, чем крупные и твердые нерастворимые частицы. Потери радиоактивности растениями, обусловленные всеми факторами, кроме радиоактивного распада, называются полевыми потерями радиоактивности. Скорость удаления радиоактивных веществ с растительного покрова характеризует период полупотерь, т.е. время, за которое смывается дождем и сдувается ветром 50% активности. Максимальные потери радиоактивности происходят в первые 2-3 суток, а всего за 7 суток она снижается на 70-90%. Потери фиксированных радионуклидов мало зависят от погодных условий и определяются свойствами радионуклидов и биологическими особенностями растений. Период полупотерь для слабо закреплённой фракции йода-131 составляет 14 суток, цезия-137 - 14 суток, для стронция-90 - 5 сут., а для прочно закреплённой фракции этих радионуклидов - соответственно 27, 90 и 70 суток.

На поверхности листьев радионуклиды могут находиться в свободном или сорбированном состоянии. Сорбция зависит от температуры и влажности воздуха и листьев, морфологии листьев, солевого состава и кислотности осадков, вида радионуклида и его формы.

Основными механизмами аэрального поступления радионуклидов являются ионно-обменные реакции и диффузия. Водорастворимые формы поступают с водой через цитоплазму в клетки основной ткани, через стенки клеток и межклеточники, через клетки, расположенные над поверхностью жилок, через устьица. Чем толще кутикула, тем слабее происходит диффузия и ионно-обменные реакции. Поступление через устьица усиливается на свету, когда они открываются при дыхании. На растительности естественных луговых ценозов радионуклиды задерживаются в нижней части растений и в верхнем слое дернины. Здесь происходит дополнительное поступление радионуклидов через основание стебля и через поверхностные корни, поэтому растительность естественных лугов загрязняется радионуклидами сильнее, чем растительность окультуренных кормовых угодий.

После проникновения в листья часть радионуклидов остается в листьях, а часть разносится по растению и концентрируется в других органах. Продвижение радионуклидов по растению зависит от физико-химических свойств радионуклидов и в меньшей степени от биологических особенностей растений. Наиболее активно продвигается по растению радио цезий, являющийся аналогом калия, а стронций, рутений и церий концентрируются в листьях в небольших количествах. Переход этих радионуклидов из листьев в генеративные органы в десятки раз меньше, чем цезия.

Радионуклиды, осевшие на почву в составе различных выпадений, могут подниматься ветром или дождем и оседать на растительность. Это явление называется вторичным радиоактивным загрязнением растений, интенсивность которого оценивается по величине коэффициента ветрового подъема, определяемого как отношение концентрации радионуклида в воздухе на высоте 1 м к плотности поверхностного загрязнения почвы. Его величина зависит, в основном, от свойств атмосферы (плотности, турбулентности, температуры, давления, влажности, скорости движения воздуха над поверхностью почвы), от свойств почвы (гранулометрического и минералогического состава, влажности, плотности, структуры), от хозяйственной деятельности человека (обработка почвы, выпас скота, автомобильное движение), а также от рельефа и вида растительности. Вторичное загрязнение растительности происходит при пыльных бурях, при горении торфяников, лесов и сжигании послеуборочных остатков.

Кроме ветрового переноса причиной вторичного загрязнения может быть забрызгивание грязью нижних частей растений во время выпадения сильных дождей. Максимальная высота подъема частиц от земли около 40 см, поэтому такое загрязнение наиболее значимо для низкорослых видов растений. Вклад вторичного загрязнения в общее загрязнение может составлять 30% и более. Значительное вторичное загрязнение товарной части овощных и листовых культур радионуклидами происходит в период образования и роста плодов и листьев, злаковых культур - в фазах колошения, цветения и молочной спелости. Практически не загрязняется зернобобовых и крестоцветных культур, кукурузы, так как оно защищено створками бобов, стручков и листьями, а также клубни и корнеплоды, защищенные почвой.

3. Специальные виды мелиорации почв с целью их дезактивации и уменьшения поступления радионуклидов в растения

Известно, что в растениях может накапливаться, не повреждая их и не снижая урожайность, такое количество радионуклидов, при котором растениеводческая продукция становится непригодной для использования. Радионуклиды в растения могут поступать через вегетативные органы -- аэральный путь поступления и через корневую систему -- корневой путь поступления. Аэральное поступление наиболее значимое при радиоактивном загрязнении воздушной среды сразу после радиационного инцидента. При попадании радионуклидов в почву преобладает корневой путь поступления.

При аэральном загрязнении на наземные органы растений оседают радиоактивные аэрозоли, оплавленные силикатные и карбонатные частицы грунта, частицы топлива, высокорадиоактивные “горячие” частицы, входящие в состав “сухого” и “мокрого” выпадения. Осевшие на растения радиоактивные выпадения слабо закрепляются в наземных органах, потому что одновременно с осаждением происходят полевые потери радиоактивности. Степень удержания радиоактивных выпадений растительностью оценивается по величине первичного удержания, которое выражается отношением количества радиоактивных частиц, осевших на растения, к общему количеству радиоактивных частиц, выпавших на данную площадь.

Первичное удержание и последующие процессы потерь радиоактивности зависят от многих факторов, в том числе от размера частиц и вида выпадений, площади удерживающей поверхности и плотности растительного покрова, морфологии растений и типа травостоя, урожайности наземной массы, метеоусловий во время и после выпадения радиоактивных осадков и др.

Максимальные потери радиоактивности при ветреной и дождливой погоде. Мелкие частицы и водорастворимые формы закрепляются в 4-7 раз прочнее, чем крупные и твердые нерастворимые частицы. Потери радиоактивности растениями, обусловленные всеми факторами, кроме радиоактивного распада, называются полевыми потерями радиоактивности. Скорость удаления радиоактивных веществ с растительного покрова характеризует период полупотерь, т.е. время, за которое смывается дождем и сдувается ветром 50% активности. Максимальные потери радиоактивности происходят в первые 2-3 суток, а всего за 7 суток она снижается на 70-90%. Потери фиксированных радионуклидов мало зависят от погодных условий и определяются свойствами радионуклидов и биологическими особенностями растений. Период полупотерь для слабо закреплённой фракции йода-131 составляет 14 суток, цезия-137 - 14 суток, для стронция-90 - 5 сут., а для прочно закреплённой фракции этих радионуклидов - соответственно 27, 90 и 70 суток.

На поверхности листьев радионуклиды могут находиться в свободном или сорбированном состоянии. Сорбция зависит от температуры и влажности воздуха и листьев, морфологии листьев, солевого состава и кислотности осадков, вида радионуклида и его формы.

Основными механизмами аэрального поступления радионуклидов являются ионно-обменные реакции и диффузия. Водорастворимые формы поступают с водой через цитоплазму в клетки основной ткани, через стенки клеток и межклеточники, через клетки, расположенные над поверхностью жилок, через устьица. Чем толще кутикула, тем слабее происходит диффузия и ионно-обменные реакции. Поступление через устьица усиливается на свету, когда они открываются при дыхании. На растительности естественных луговых ценозов радионуклиды задерживаются в нижней части растений и в верхнем слое дернины. Здесь происходит дополнительное поступление радионуклидов через основание стебля и через поверхностные корни, поэтому растительность естественных лугов загрязняется радионуклидами сильнее, чем растительность окультуренных кормовых угодий.

После проникновения в листья часть радионуклидов остается в листьях, а часть разносится по растению и концентрируется в других органах. Продвижение радионуклидов по растению зависит от физико-химических свойств радионуклидов и в меньшей степени от биологических особенностей растений. Наиболее активно продвигается по растению радио цезий, являющийся аналогом калия, а стронций, рутений и церий концентрируются в листьях в небольших количествах. Переход этих радионуклидов из листьев в генеративные органы в десятки раз меньше, чем цезия.

Накопление радионуклидов в урожае сельскохозяйственных культур можно снизить путем использования различных агрохимических и агротехнических приемов:

1) общепринятые (традиционные) мероприятия в агропромышленном производстве, направленные на сохранение и увеличение плодородия почвы, рост урожайности и одновременно способствующие уменьшению перехода радиоактивных веществ из почвы в растение;

2) специальные приемы (уменьшающие поступление радионуклидов в растения, но уменьшающие урожайность растений и ухудшающие

плодородие почвы).

Основным агрохимическим способом уменьшения поступления радионуклидов в растения является химизация земледелия. В первую очередь - это внесение удобрений и различных химических мелиорантов, улучшающих физико-химические свойства почвы и увеличивающих ее плодородие. Вносятся органические удобрения, минеральные удобрения, проводится известкование почвы и другие агрохимические приемы. Фосфорные и калийные удобрения уменьшают переход радиоактивности в растения в 2 и более раз. Известкование почвы уменьшает поступление радионуклидов в продукцию растениеводства в 1,5-3 раза.

Снижение концентрации радионуклидов в урожае при внесении удобрений обусловлено рядом причин, основными из которых являются:

· улучшение условий питания растений, а отсюда и увеличение биомассы, что приводит к «разбавлению» радионуклидов в урожае;

· усиление антагонизма между ионами радионуклидов и ионами солей вносимых удобрений (цезий - калий, стронций - кальций);

· образование плохо растворимых соединений радионуклидов с удобрениями.

Снижает переход радионуклидов в растения и применение микроэлементов (бора, молибдена, сапропеля и др.). Обычно используют некорневую подкормку микроэлементами.

Основным агротехническим приемом для ограничения перехода радионуклидов в растение является пахота почв, что приводит к перераспределению радионуклидов в корнеобитаемом слое почвы. Радионуклиды перемещаются в глубину, а большинство растений обладает мелкой корневой системой.

К специальным приемам относятся следующие:

· механическое удаление верхнего загрязненного слоя почвы;

· глубокая вспашка с захоронением загрязненного верхнего слоя почвы;

· фитомелиорация загрязненных почв;

· внесение в почву специальных мелиораторов, связывающих радионуклиды в труднодоступные для растений формы;

· специальный подбор сельскохозяйственных растений (сельскохозяйственных культур и их сортов) для выращивания на загрязненных территориях.

Механическое удаление верхнего загрязненного слоя почвы - трудоемкий и дорогостоящий способ, который можно использовать на ограниченных площадях.

Наиболее эффективным приемом считается двухъярусная глубокая вспашка, когда верхний слой толщиной в 4-6 см укладывается на глубину 40-80 см, что снижает поступление радионуклидов в растения в 3-10 раз.

В результате аккумуляции радионуклидов растениями концентрация их в фитомассе может быть больше, чем в почве. Этот прием очищения почвы называется фитомелиорацией почв.

Одним из способов, ограничивающих аккумуляцию растениями радионуклидов, является перевод последних в трудноусвояемые формы путем внесения в почву химических реагентов.

Особое место отводится подбору культур. Концентрация цезия-137 в сельскохозяйственных культурах распределяется следующим образом:

· Зерновые, бобовые и зернобобовые (люпин > овес > гречка > горох > ячмень > просо > соя > фасоль);

· Овощные и картофель (капуста > картофель > свекла > морковь > огурцы > томаты);

· Травы (овсяница > костер > клевер > тимофеевка).

По концентрации стронция-90 овощные культуры располагаются в сел-дующем порядке: свекла > огурцы > морковь > капуста >томаты > картофель; травы располагаются в следующем порядке: разнотравье > осоки > ежа сборная > мятлик.

Озимые культуры накапливают радионуклидов меньше, чем яровые. По аккумуляции цезия и стронция зерновые и бобовые культуры разделяются на группы:

1) слабо накапливающие (ячмень > пшеница > овес);

2) средне накапливающие (крупяные: просо > чумиза > гречка);

3) сильно накапливающие (зернобобовые: фасоль > горох > бобы).

Из технологических приемов следует использовать переработку растениеводческой продукции: получение растительного масла из подсолнечника и сои, крахмала и спирта из картофеля, сахара из сахарной свеклы.

Концентрация радионуклидов уменьшается при консервировании продукции, засолке и других видах обработки. При переработке зерна в муку много радионуклидов удаляется вместе с оболочками. Дезактивацию растительного сырья можно проводить путем различного рода помывок (при поверхностном загрязнении растений).

Заключение

Одним из серьезнейших упущений сегодня является отсутствие объективной информации. Тем не менее, уже проделана огромная работа по оценке радиационного загрязнения, и результаты исследований время от времени публикуются как в специальной литературе, так и в прессе. Но для понимания проблемы необходимо располагать не обрывочными данными, а ясно представлять целостную картину.

А она такова. радиоэкология бескорневой аэрозоль радионуклид

Мы не имеем права и возможности уничтожить основной источник радиационного излучения, а именно природу, а также не можем и не должны отказываться от тех преимуществ, которые нам дает наше знание законов природы и умение ими воспользоваться.

Человек - кузнец своего счастья, и поэтому, если он хочет жить и выживать, то он должен научиться безопасно использовать этого “джина из бутылки” под названием радиация. Человек еще молод для осознания дара, данного природой ему. Если он научится управлять им без вреда для себя и всего окружающего мира, то он достигнет небывалого рассвета цивилизации. А пока нам необходимо прожить первые робкие шаги, в изучении радиации и остаться в живых, сохранив накопленные знания для следующих поколений.

Список использованной литературы

1. Алексахин Р. М. Радиоактивное загрязнение почвы и растений. М., АН СССР, 1963, 132 с.

2. Тихомиров Ф.А. Действие ионизирующих излучений на экологические системы. М., Атомиздат, 1972, стр. 176.

3. Прохоров В.М. Миграция радиоактивных загрязнений в почвах. М., Энергоиздат, 1981, 98 с

4. Ядерная энциклопедия. М. Благотворительный фонд Ярошинской, 1996, - 656 с.

5. Фокин А.Д., Лурье А.А., Торшин С.П. Сельскохозяйственная радиология. М., Дрофа, 2005, 367 с.

6. Давыдов, Бураева, Зорина: Радиоэкология. М., Феникс, 2013

Размещено на Allbest.ru