Тема 7 (частина 1). Радіонукліди в навколишньому середовищі.

Питання теми та основні терміни

Ø Радіоактивні аерозолі в атмосферному повітрі.

Ø Радіоекологічні дослідження на території Чорнобильської зони відчуження.

 Лісове насадження в зоні гострого опромінення.

 Радіоекологія лугових ценозів зони відчуження.

 Радіоекологія водяних об'єктів зони відчуження.

Основні терміни теми: аерозолі, радіоактивні гази, доза радіації, радіаційне опромінення, радіологічні дослідження, ліс, зона гострого опромінення, лугові ценози, зона відчуження, водні об’єкти.

Інформаційні матеріали теми

Радіонукліди в навколишньому середовищі

Проблемна ситуація. Всім відомо, що існують в навколишньому середовищі радіонукліди, але не всі усвідомлюють вплив їх на живі організми.

На прикладі зони гострого опромінення та зони відчуження можна прослідкувати реальні зміни, що проходять під впливом іонізуючого випромінювання, як наслідку Чорнобильської аварії 1986 року.

1. н.п. Радіоактивні аерозолі в атмосферному повітрі

Аерозолі - це дисперсна система, яка складається з газоподібного середовища і твердої або рідкої дисперсної фази (запропонований Гіббсом аеро - повітря, золь частинка),

Аерозолі класифікують за багатьма факторами:

1) за походженням;

2) за величиною часточок;

3) за фізико-хімічними властивостями.

На сьогодні їх розподіляють на:

- пил ( дисперсний, конденсаційний);

- туман;

- дим.

Дисперсні аерозолі утворюються при диспергуванні твердої або рідкої речовини; конденсаційні - при компенсації пересичених парів і при газових хімічних реакціях.

Пил - це аерозолі з твердою дисперсною фазою, з розмірами часток більше 1 мкм і утворюються при вибуху, подрібненні.

Дим – це конденсаційні аерозолі з твердою дисперсною фазою, утворюється в результаті горіння або конденсації, розмір частинок – менше 1мкм.

Туман –дисперсні або конденсаційні аерозолі з рідкою дисперсною фазою.

  За походженням тумани бувають:

- штучні;

- природні.

Працівників служб радіаційної безпеки цікавлять радіаційні аерозолі, до складу дисперсної фази яких входять частинки, що повністю або частково складається з радіонуклідів.

Відмінність радіоактивних газів від радіоактивних аерозолів полягає в тому, що атоми газів в тривалий час не приєднується до аерозольних частинок і знаходяться у вільному стані (інертні радіоактивні гази (ІРГ) – радон).

Радіоактивні гази при розпаданні перетворюються на тверді частинки, які можуть утворити аерозолі.

Радіоактивні аерозолі можуть утворюватись на всіх етапах ядерно-паливного циклу:

- при видобуванні руди в уранових рудниках;

- на збагачувальних заводах при видобуванні уранового концентрату;

- на радіохімічних заводах (насичення ураном - 235);

- на заводах по виготовленню тепловиділяючих елементів ( ТВЕЛів);

- на атомних станціях.

Також, джерелом утворення газових радіоаерозолей можуть бути інші галузі виробництва. Не дивлячись на використання різних конструкцій оксів, витяжних шаф, вентиляцій і систем газо-теплоочищення все-таки має місце вірогідність надходження радіоактивних аерозолів і газів у повітряне середовище.

Потрапляючи до організму радіоактивні аерозолі та гази впливають безпосередньо іонізуючим опроміненням, а також і токсичністю (уран, торій). Найбільшу небезпеку представляють радіоактивні аерозолі і гази, що  потрапляють в легені і затримуються ними (особливо з розмірами часток 0,1=5мкм) оскільки вони не затримуються верхніми дихальними шляхами і важко видаляються з повітря, яке видихається, осідаючи в альвеолах легенів. Більш того через декілька хвилин вони з’являються у крові, порушуючи її структуру.

Вимірювання поглиненої дози дуже проблематично, але кількісно її можна оцінити за активністю радіонуклідів, що надійшли до організму. Тому практично дозиметрія радіоактивних газів та аерозолів зводиться до визначення концентрації останніх в атмосферному середовищі.

Експерти стверджують: Українець за все життя одержує дозу радіації природним радоном, що у 75 разів перевищує техногенне опромінення, у тому числі – від аварії на ЧАЕС

Такий один з висновків наукового аналізу радіоекологічної ситуації в Україні, що провели заступник директора Українського науково-дослідного інституту екологічних проблем Григорій Коваленко і науковий директор Міжнародного Чорнобильського центра Костянтин РУДІЮЧИ.

Як повідомив (УНИАН К.Рудіючи), найбільше опромінення в результаті присутності радону в приміщеннях одержують жителі Дніпропетровської, Донецької, Запорізької, Херсонської і Чернівецької та Вінницької областей. У цілому річна доза опромінення від природних джерел для жителя України складає 4,5 милли Зиверта (мзв), що значно більше середнього світового рівня - 2,4 мЗв, причому 80 % усієї природної дози в Україні обумовлено саме продуктами розпаду радону.

Щодо колективної дози опромінення населення України в результаті роботи атомних електростанцій, то вона майже в сотні разів менше дози, що одержує населення від роботи теплових електростанцій, що роблять приблизно стільки ж електроенергії.

Для істотного зменшення радіаційного ризику автори дослідження вважають за необхідне вирішувати, насамперед, такі проблеми, як наявність радону в житлових приміщеннях, радіаційне забруднення територій унаслідок Чорнобильської катастрофи, використання населенням вугілля для опалення. Радіаційний вплив уранодобувної і уранопереробної промисловості, викидів теплових і атомних електростанцій має тільки регіональний характер. Автори звертають увагу на те, що проблеми, зв'язані з Чорнобилем, зважуються хоча б частково, але проблеми радону й інших джерел опромінення ще очікують свого рішення.

За результатами наукового аналізу Г.Коваленко і К.Рудій видана монографія "Радіоекологія України", що включає обґрунтування висновків, довідкові матеріали, і призначена, насамперед, для людей, що приймають рішення з питань радіоекології - політиків, учених, інженерів. Видання може бути корисним також для студентів, міжнародних організацій і експертів і усіх, хто цікавиться проблемами радіоекології.

2. н.п. Радіоекологічні дослідження на території

Чорнобильської зони відчуження

За після аварійний період на території зони відчуження (ЗВ) була проведена величезна кількість радіоекологічний досліджень мета яких полягала у визначенні дії чорнобильських радіоактивних випадань (які по фізико-хімічних характеристиках є унікальними) на рослинний і тваринний світ даної території.

Спочатку, основна увага вчених приділялась рослинному покрову, що по своїй специфіці відіграє головну роль у початковому акумулювання радіоактивних випадань. Особливо велике значення лісових співтовариств у первинному акумулюванні радіонуклідів. Ліс дуже впливає на характер розподілу радіонуклідів.

Затримуюча здатність крон дерев настільки велика, що від 60 до 90% активності, що випала, у 1986 році було утримано біомасою дерев. Затримані рослинами радіонукліди переміщаються в ґрунт у результаті втрат (струшування, змивання, обпадання разом з листами і т.д.). Так, уже через півроку після припинення випадення значна частина радіонуклідів перемістилася в підстілку і міцно утримується в ній і донині. Дослідженнями, що були проведені в лісових насадженнях ЗВ в 2000 році було показано, що загальний запас радіонуклідів знаходиться у ферментативному шарі лісової підстилки (до 90%), а радіонукліди які вже потрапили в мінеральну частину ґрунту не мігрували більш ніж на 20 см. (при цьому основний запас радіонуклідів (стронцію-90, цезію-137) знаходиться в 0-5 см. шарі ґрунту).

Як у лісових біоценозах - підстілка, є основним депо радіонуклідів, у лугових біоценозах головним акумулятором радіоактивності є дернина.

Органічна речовина підстілки і дернини зв'язує багато хто елементи-забруднювачі і переводить їх у такий спосіб у недоступні, протягом деякого часу, для засвоєння кореневими системами рослин і для вимивання, стан.

Незважаючи на те, що частина радіонуклідів фіксується підстілкою, чи дерниною ґрунтом, значна їхня частина (для стронцію це 90-95 %, для цезію від 0,1 до 3 % від загального їхнього запасу в ґрунті) доступна для рослин. Радіонукліди можуть надходити в рослини не тільки через корені, але також і через надземні частини - листи, стебла, суцвіття, плоди.

Позакореневий шлях надходження радіонуклідів у більшості характерний для початкового, після аварійного періоду осадження радіоактивних речовин на рослинний покрив, коли радіоактивні речовини осаджуються на поверхню рослин у виді твердих чи часток рідких аерозолів. При надходженні радіонуклідів у рослини через корені (кореневе надходження) основними факторами, що лімітують цей процес, є концентрація і склад ґрунтового розчину і концентрація в ньому радіонукліда. Також значну роль у нагромадженні будь-яких радіонуклідів рослиною грають умови виростання рослини (агрокліматичні, ландшафтні і т.д.), його видова і вікова характеристика. Саме ж по собі нагромадження радіонуклідів визначеним видом рослин і визначеного біоценозу має свою сезонну і річну динаміку, що у більшості випадків залежить від метеорологічних умов вегетаційного періоду.

2.1. Лісове насадження в зоні гострого опромінення.

Оцінюючи інтенсивність надходження і нагромадження радіонуклідів у лісових і лугових екосистемах ЗВ необхідно відзначити їх високу просторову неоднорідність. Особливо сильний вплив аварійного викиду проявилося на біоценозах безпосередньо прилягаючих до осередку  аварії.

Для цих насаджень, в основному це були хвойні насадження з перевагою сосни звичайної (Pinus silvestris), розміри отриманих доз були летальними, котрі за оцінками фахівців у 1986 році складали 80-100 Гр. На цих територіях уся деревна рослинність загинула. При відновленні насаджень дерев на цих ділянках і на ділянках, де дози поглиненої радіації були нижче зазначених (у межах від 1 і більш Гр) спостерігалися і спостерігаються аномалії у вегетативній сфері сосни і ялинки.

Це сильно укорочені вторинні втечі, масове закладення бічних бруньок, зрощення ниркових чешуй, гігантизм листового апарата, утворення втеч зі згущеннями хвої на верхівках дерев і на бічних галузях у верхівках крон. Визначені відхилення також проявилися в опромінених рослин у ритміці росту й орієнтації втеч. Усі ці відхилення (аномалії) спостерігалися як у молодих, так і в середньовікових насадженнях. Але необхідно відзначити, що площа території на який спостерігаються такі ефекти незначний у порівнянні з загальною територією ЗВ і складає усього близько 15 квадратний кілометрів (площа ЗВ складає 2 200 тис. кв. км.). На більшій її території сьогодні знаходяться могильники з похованим у траншеї, на глибину 3-4 метрів, що загинув лісом. В даний час більшість могильників поступово покриваються деревинно-чагарниковою рослинністю.

Лісові насадження поза ділянками летальних і сублетальних уражень також становлять значний інтерес радіоекологів. Так при дослідженні лісових біоценозів на територіях із щільність забруднення ґрунту 10-200 Кюрі/кв. км було встановлено розходження в нагромадженні радіонуклідів елементами деревостою. Інтенсивність нагромадження цезію фракціями фітомаси має такий ряд (у порядку зростання): деревина - галузі товсті - галузі тонкі - кора - хвоя (листя), а за рівнем поглинання стронцію-90: деревина - хвоя нова - галузі тонкі - галузі товсті - хвоя стара - луб.

Для деревини величина коефіцієнта переходу (КП) стронцію-90 у 7-10 разів вище в порівнянні з КП цезію-137. По здатності накопичувати радіонукліди компонента лісових біогеоценозів у ЗВ складають ряд: деревні види - чагарникові види - трави - мохи і лишайники - гриби.

Продукти побічного користування лісом (гриби, ягоди, березовий сік і ін.) по забрудненню значно перевищують нормативи і їхнє використання найближчим часом неможливо.

2.2. Радіоекологія лугових ценозів зони відчуження.

Розміри нагромадження, міграції і КП радіонуклідів в умовах трав'янистих біоценозів ЗВ становлять значний інтерес для радіоекологів, оскільки інтенсивність їхнього біологічного круговороту значно перевищують цей показник для деревних насаджень. Трав'янистий покрив природних лугів, як правило, являє собою сукупність декількох видів рослин, з яких один (рідше два) є домінуючим, і, отже, радіоактивне забруднення рослин цього виду значною мірою визначає рівень забруднення травостою.

Проводячи порівняння по нагромадження радіонуклідів на рівні умов виростання було встановлено, що на Полісся в залежності від типу лугу, що визначається типом ґрунту і режимом зволоження, ступінь переходу радіонуклідів у травостій варіює до 630 разів, зростаючи від 0,3 до 189 у наступному ряді ґрунтів: дерено-підзолисті, торф’яно-глеєві. Мінімальні розміри переходу відзначені для суходільних лугів, де КП радіонукліда в 135-300 разів нижче, ніж для заплавних лугів і до 630 разів нижче, ніж для болотистих.

Серед суходолів найбільшим надходженням радіонуклідів у травостій характеризуються збільшено зволожені, де КП цезію-137 може бути зіставимо з таким для заплавних лугів. При оцінці видових особливостей нагромадження радіонуклідів луговими рослинами було встановлено, що найбільшим значенням КП характеризується горець перцевий (Роlуgоnuм hydropiper), значення якого на болотних ґрунтах склали 64,3, а на торфяно-глеєві - 15.

Близькі до значень КП горця перцевого значення КП для видів роду осока. Високі значення КП для всього роду Осока на болотних і торфяно-глеєві ґрунтах. Осока загострена (Carex acutiformis) і осока роздута (Carex rostrata) на цих ґрунтах мають найбільш високі значення КП у межах роду. Збільшення значення КП у залежності від ґрунтових умов для даних видів відбувається в ряді: болотні торф’яно-глеєві дерено-підзолисті глеєві дерено-підзолисті піщані.

У проведених дослідженнях було оцінено 124 видів трав'янистих рослин на здатність до нагромадження радіонуклідів.

2.3. Радіоекологія водяних об'єктів зони відчуження.

Одним з найбільш вивчених водяних об'єктів ЗВ є ставок охолоджувач (СО) ЧАЕС. На цій водоймі як ні на якій інших водоймах ЗВ повно вивчений видовий і кількісний склад іхтіофауни, водяної рослинності, а також найбільше повно, у порівнянні з іншими водоймами, вивчені радіаційний фактор і його вплив на водяну біоту.

Рибне населення СО в доаварійний період складалося з 33 видів, що відносяться до 7 сімейств, серед яких найбільшим видовим багатством відзначалося сімейство коропових (19 видів). Інші сімейства (окуневі, сомові, щукові й ін.) представлені 1-2 видом. Основна частина видів риб потрапила у СО з р. Прип'ять і її заплавної системи при споруджені водойми, а деякі (білий і строкатий товстолобики, сом канальний, форель, великоротий буффало) були завезені сюди в 1983-1985 р. для рибництва.

За характером розмноження і використання субстрату для відкладання ікри, перераховані види відносяться до п'яти екологічних груп: літофіли, псаммофіли, фітофіли, пелагофіли й охороняющі потомство. За типом харчування вони розділяються на бентофагів (сазан, плотва, карась, лин, густера, лящ, бички й ін.), фітофагів (товстолобик білий, амур білий, червоноперка) планктофагів (товстолобик строкатий, верховка, тюлька, уклея, синец, чехоня), хижаків (щука, судак, окунь, сом європейський, жерех) і всеїдних (буффало, сом канальний, плотва, головень та ін.). За станом на 1996 р. видовий склад  змінився мало.

Протягом останнього років відбувся лише деякий перерозподіл основних видів по зустрічах у мережному і неводному контрольному уловах. При дослідженні рівня і динаміки нагромадження радіоактивних речовин в органах і тканинах риб різних трофічних ланок було встановлено, що вони залежать насамперед від характеру харчування. Найменш забруднені рослиноїдні риби, що знаходяться в другій ланці трофічного ланцюга. З них вивчався переважно білий товстолобик, що харчується, як відомо, фітопланктоном і детритом.

Серед досліджених органів і тканин білого товстолобика максимальна питома активність основного забруднювача цезію-137 зафіксована в м'язах. У 1986 р. активність у них досягала в середньому 140 кбк/кг. За період з 1986 по 1995 р. рівень радіоактивного забруднення білого товстолобика істотно знизився, але особливо сильно в 1987-1988 р. Питома активність цезію-137 у м'язах фітопланктофагів до 1993-1995 р. вийшла на стаціонарний рівень.

Найбільша кількість радіоактивних речовин накопичують типові хижаки - сом звичайний, судак, щука й інші. Середня питома активність 137Cs у м'язах хижих риб у 1987 р. перевищувала 150 кбк/кг, а в 1995 р. її показники складали 21-27 кбк/кг. Радіоактивність у м'язах хижаків у 1995 р. була в 3-6 разів вище, ніж у м'язах планктофагів, бентофагів і всеїдних риб. До 1995-1996 р. рівень забруднення риб радіонуклідами стабілізувався. За 10-літній післяаварійний період рівень питомої активності цезію-137 у м'язах хижих риб знизився в 7-10 разів, в інших - у 25-60 разів, а в більшості інших гідробіонтів, багато хто з який входять у раціон риб, - більш ніж у 50 разів.

За оцінками видової залежності нагромадження радиоцезия в м'язах риб був установлений наступний порядок (по зростанню): Густера (Blicca bjoerkna) > Клепец (Abramis sapa) > Червоноперка (Scardinius erythrophthalmus) > Лящ (Abramis brama) > Плотва (Rutilus rutilus) > Головень (Leuciscus cephalus) > Карпо (сазан) (Cyprinus carpio) > Сом канальний (Ictalurus punctatus) > Карась (Carassius auratus gibelio) > Чехоня (Pelecus cultratus) > Судак (Lucioperca lucioperca) > Щука (Esox lucius) > Сом звичайний (Silurus glanis) > Окунь (Perca fluviatilis).

Узагальнення. Шлях постування радіонуклідів у навколишнє середовище може бути різноманітним. З часом забруднені території після аварії з викидом радіонуклідів самоочищаються. Хоча це не означає, що самі радіонукліди зникають (зникають з часом відповідним для даного елемента щодо періоду його напіврозпаду).

Виходячи з отриманої інформації необхідно відповідально ставитись до знаходження людей у зоні щодо радіаційного опромінення та вносити поправки на раціон харчування в зонах що потерпіли від радіаційної аварії.

На прикладі Чорнобильської аварії можна побачити пагубний вплив радіації не тільки на тварин, але й на рослинність різноманітних ценозів.

Література для самоосвіти: 1, 2, 5, 8, 10, 12, 14.

Питання для самоконтролю:

1. Дати характеристику та класифікацію аерозолів.

2. Який можливий шлях утворення радіоактивних аерозолів?

3. Що є джерелом утворення газових радіо аерозолів?

4. Яку долю природного радіоактивного опромінення створює природний радон?

5. Які області України мають найбільшу радіоактивну забрудненість атмосфери за рахунок природного радону?

6. Дати загальну характеристику зони відчуження біля Чорнобиля.

7. Який вплив у зоні гострого опромінення відбувається на лісові насадження?

8. Який вплив відбувається на лугові ценози у зоні відчуження?

9. Які зміни відбуваються щодо внутрішнього забруднення риб радіонуклідами у зоні відчуження?