Особенности накопления радионуклидов Чернобыльского выброса в литосфере

Размещено на http://www.allbest.ru/

УЧРЕЖДЕНИЕ ЗДРАВООХРАНЕНИЯ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ

УЧРЕЖДЕНИЕ ОБРАЗОВАНИЯ «ГРОДНЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ МЕДИЦИНСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

КАФЕДРА ОБЩЕЙ ГИГИЕНЫ И ЭКОЛОГИИ

РЕФЕРАТ

НА ТЕМУ: «Особенности накопления радионуклидов Чернобыльского выброса в литосфере»

Подготовила: Борис Ольга

Проверил: Саляхов Роман Шахович

Гродно 2014

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

1. Литосфера

2. Накопления радионуклидов Чернобыльского выброса в литосфере

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

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 - Т_1/2=1,31ґ10⁹ лет; содержание 2,5%

Средняя удельная активность 7,8ґ10² Бк/кг

Масса 12,4ґ10¹⁹ т

Активность 3,1ґ10³¹ Бк.

²³²Th - Т_1/2=1,4ґ10¹⁰ лет; содержание 1,3ґ10^-3%

Средняя удельная активность 3,2ґ10¹ Бк/кг

Масса 3,2ґ10²⁰ т

Активность 1,3ґ10³⁰ Бк.

²³⁵U - Т_1/2=7,13ґ10⁸ лет; содержание 1,8ґ10^-5%

Средняя удельная активность 1,8 Бк/кг

Масса 8,8ґ10¹⁵ т

Активность 7,1ґ10²⁸ Бк.

²³⁸U - Т_1/2=4,5ґ10⁹ лет; содержание 2,6ґ10^-4%

Средняя удельная активность 3,7ґ10¹ Бк/кг

Масса 1,26ґ10¹⁹ т

Активность 1,5ґ10³⁰ Бк.

2. Накопления радионуклидов Чернобыльского выброса в литосфере

экосистема радионуклид чернобыльский литосфера

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. Наряду с горизонтальной миграцией радионуклидов на поверхности почвы происходит и их вертикальная миграция, обусловленная процессами ионного обмена, диффузии и перемешивания, переноса их фильтрационными токами воды, выноса радионуклидов растениями из корнеобитаемого слоя почвы в надземные части растений, деятельности почвенных животных и микроорганизмов и других факторов.

Опыт, накопленный в ходе исследований поведения радионуклидов чернобыльского выброса в окружающей среде, позволяет утверждать, что результаты геохимических исследований являются основополагающими при решении любых технических, агропромышленных и медико-биологических проблем. Необходимо определить форму нахождения и установить закономерность концентрирования и рассеяния радионуклидов в конкретной физико-химической обстановке. Для этого, помимо контроля за радиационной обстановкой и построения средне-масштабных ландшафтно-геохимических карт, мы должны иметь сведения о путях переноса радионуклидов, их минеральных и органических носителях, влиянии техногенеза на окружающую среду, скоростях самоочистки водоемов и т.п. Каждый из элементов ландшафтно-геохимической системы (почвы, грунты, поверхностные и подземные воды, илы, взвеси, аэрозоли, бионта) нужно квалифицировать с точки зрения потенциального носителя радионуклидов. Только тогда можно построить радиоэкологические карты, прогнозировать изменение радиационной обстановки во времени, дать рекомендации по жизнедеятельности населения на загрязненных территориях.

Значительная часть радионуклидов находится в почве, как на поверхности, так и в нижних слоях, при этом их миграция во многом зависит от типа почвы, её гранулометрического состава, водно-физических и агрохимических свойств. Основными радионуклидами, определяющими характер загрязнения, в нашей области является цезий - 137 и стронция - 90, которые по-разному сортируются почвой. Основной механизм закрепления стронция в почве - ионный обмен, цезия - 137 обменной формой либо по типу ионообменной сорбции на внутренней поверхности частиц почвы.

Поглощение почвой стронция - 90 меньше цезия - 137, а, следовательно, он является более подвижным радионуклидом.

В момент выброса цезия - 137 в окружающие среду, радионуклид изначально находится в хорошо растворимом состоянии (парогазовая фаза, мелкодисперсные частицы и т.д.). В этих случаях поступления в почву цезий - 137 легкодоступно для усвоения растениями. В дальнейшем радионуклид может включаться в различные реакции в почве и подвижность его снижается, увеличивается прочность закрепления, радионуклид “стареет”, а такое “старение” представляет комплекс почвенных кристаллохимических реакций с возможным вхождением радионуклида в кристаллическую структуру вторичных глинистых минералов.

Механизм закрепления радиоактивных изотопов в почве, их сорбция имеет большое значение, так как сорбция определяет миграционные качества радиоизотопов, интенсивность поглощения их почвами, а, следовательно, и способность проникать их в корни растений. Сорбция радиоизотопов зависит от многих факторов и одним из основных является механический и минералогический состав почвы тяжёлыми по гранулометрическому составу почвами поглощённые радионуклиды, особенно цезий - 137, закрепляются сильнее, чем лёгкими и с уменьшением размера механических фракций почвы прочность закрепления ими стронция - 90 и цезия - 137 повышается. Наиболее прочно закрепляются радионуклиды илистой фракцией почвы [4].

Большему удержанию радиоизотопов в почве способствует наличие в ней химических элементов, близких по химическим свойствам к этим изотопам. Так, кальций - химический элемент, близкий по своим свойствам стронцию - 90 и внесение извести, особенно на почвы с высокой кислотностью, ведёт к увеличению поглотительной способности стронция - 90 и к уменьшению его миграции. Калий схож по своим химическим свойствам с цезием - 137. Калий, как неизотопный аналог цезия находится в почве в макроколичествах, в то время как цезий - в ультромикроконцентрациях. Вследствие этого в почвенном растворе происходит сильное разбавление микроколичеств цезия - 137 ионами калия, и при поглощении их корневыми системами растений отмечается конкуренция за место сорбции на поверхности корней. Поэтому при поступлении этих элементов из почвы в растениях наблюдается антагонизм ионов цезия и калия [5].

Кроме того эффект миграции радионуклидов зависит от метеорологических условий (количество осадков). Установлено, что стронций - 90 попавший на поверхность почвы, вымывается дождём в самые нижние слои. Следует заметить, что миграция радионуклидов в почвах протекает медленно и их основная часть находится в слое 0 - 5 см.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Значительная часть радионуклидов поступает в организм человека по пищевой цепи: почва - растения - сельскохозяйственные животные - продукция животноводства - человек. Исходя из этого, придается большое значение изучению поведения радионуклидов в каждом звене этой цепи. Определяющее влияние на интенсивность миграции радионуклидов оказывает почва, где радионуклиды прочно удерживаются в поглощенном состоянии длительное время. Процесс поглощения радионуклидов почвой имеет двоякое значение. С одной стороны, поглощение (сорбция) снижает поступление радионуклидов в растения, а с другой - аккумуляция поглощенных радионуклидов в верхних корнеобитаемых слоях почвы обеспечивает большую доступность их растениям.

Радиационно-экологическая обстановка в Беларуси характеризуется сложностью, неоднородностью и масштабностью загрязнения территории альфа-, бета- и гамма-излучающими радионуклидами с различными периодами полураспада, присутствием радионуклидов практически во всех компонентах природных и природно-техногенных экосистем и вовлечением их в геохимические и биологические циклы миграции. Радиоэкологическая обстановка формируется присутствием долгоживущих радионуклидов цезия-137 и стронция-90. Ее динамика в ближайшее время и на перспективу будет определяться следующими факторами: радиоактивным распадом, абиогенной и биогенной миграцией радионуклидов, трансформацией форм их существования. Установлено, что с течением времени происходит изменение форм нахождения цезия-137 в сторону увеличения доли его фиксированных форм. Стронций-90 интенсивно переходит в обменную форму, что ведет к увеличению интенсивности его поступления в звенья пищевых цепочек.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. Будыко, М.И. Современные проблемы экологии / М.И. Будько М. :1994г. 307с.

2. Чернобыльская катастрофа. Историография событий, социально-экономические, геохимические и медико-биологические последствия / Монография // Киев: Наукова думка. -- 1996.

3. Францевич, Л.И., Гайченко В.А., Крыжановский В.И., Стовбчатый В.Н. Прямые рациональные и вторичные экологические последствия чернобыльской аварии для животного мира (обзор) // Проблемы экологического мониторинга : Материалы Рос. радиобиолог. науч.-практ. конференции 26-28 февр. 1991 г. / Отв. ред.В.Л. Адамович. - Брянск: [б. и.], 1991. -- Часть 1.

4. Лазаревич, Н.В. Радиоэкология: методические указания / Н.В. Лазаревич Горки, 2009. - 28 с.

Размещено на Allbest.ru