Загрязнение и здоровье окружающей среды (стр. 10 из 11)

Отношение содержания некоторого радиоактивного изотопа в организме к содержанию его в окружающей среде часто называют коэффициентом накопления. В химическом отношении радиоактивные изотопы ведут себя по существу так же, как и нерадиоактивный изотоп того же элемента. Таким образом, накопление радиоактивного изотопа в организме не связано с его радиоактивностью, но просто демонстрирует в измеримой форме разницу концентраций данного элемента в среде и в организме. Некоторые из самых ранних данных о коэффициентах накопления в водных и наземных пищевых цепях были получены на Ханфордском заводе Комиссией по атомной энергии на реке Колумбия, на востоке штата Вашингтон (Фостер и Ростенбах, 1954; Хенсон и Корн-берг, 1956; Девис и Фостер, 1958). Следовые количества искусственно полученных радиоактивных изотопов (32Р и т. п.) и продуктов деления (s°Sr, 137Cs, 1311 и т. п.) попадали в реку, пруды для накапливания отходов и в воздух.

Фиг. 226. Накопление стронцня-90 в разных частях сети питания одного небольшого канадского озера, получающего низкоактивпые отходы. Цифры, указывают средние коэффициенты накопления относительно озерной воды, коэффициент накопления которой принят за единицу.

Концентрация фосфора в реке Колумбия была очень низкая, всего около 0,00003 мг на 1 г воды (т. е. 0,003: Ш3), но его концентрация в желтке яиц уток и гусей, получавших пищу из реки, составляла около 6 мг/г. Таким образом, 1 г яичного желтка содержит в 9-10е раз больше фосфора, чем 1 г речной воды. Мы не ожидали такого высокого коэффициента накопления радиоактивного фосфора, так как по мере его прохождения по пищевой цепи к яйцу должен был происходить распад (у этого изотопа короткий период полураспада), в результате которого его количество должно было уменьшиться. Такие высокие коэффициенты накопления, как 1 500 000, отмечаются редко, в среднем они ниже {около 200000) (Хенсон и Корнберг, 1956). Установлены коэффициенты накопления и для некоторых других изотопов: 250 для цезия-137 в мышечной ткани и 500 для стронция-90 в костях водоплавающих птиц (по отношению к концентрации этих изотопов в прудах для отходов, где кормились эти птицы). Концентрация радиоактивного иода в щитовидной железе зайца в 500 раз выше, чем в растущих другом растениях, которые в свою очередь накапливают этот изотоп, выбрасываемый в воздух из труб атомной станции. На фиг. 226 приведены коэффициенты накопления стронция-90 в разных звеньях водной сети питания вблизи другой атомной электростанции.

Радиоактивность не влияет на поглощение данного изотопа живой системой, однако после того, как изотоп попал в организм, он, конечно, оказывает вредное воздействие на активные ткани. Поэтому при установлении «максимальных допустимых уровней» выброса изотопов в окружающую среду следует делать поправку на «экологическое накопление». Очевидно, следует остерегаться тех изотопов, которые имеют тенденцию накапливаться в определенных тканях (как иод в щитовидной железе или стронций в костях), а также тех, которые обладают высокойактивностью и длительным периодом полураспада. Кроме того, создается впечатление, что коэффициенты накопления выше в малокормных местообитаниях, чем в кормных. В общем следует ожидать больших тенденций к накоплению в водных экосистемах, чем в наземных, так как потоки питательных веществ в «жидкой» водной среде более интенсивны,

Фиг. 227. Применение радиоактивных меток для составления схем пищевых цепей в интактных природных сообществах.

А. Введение метки в отдельное растение при помощи небольшого прокола на стебле. Б. Поглощение метки на разных трофических уровнях. / ~-питающиеся нектаром; // — травоядные; /// — растения; IV — детритофаги; V — хищники. В. Схема сети питания, состоящей из дпул доминирующих БИДОН растений и потребляющих их травоядных. Дальнейшие объяснения — в. тексте.

ПРОБЛЕМА РАДИОАКТИВНЫХ ОСАДКОВ

Радиоактивную пыль, оседающую на землю после атомных взрывов, называют радиоактивными осадками. Эта пыль смешивается и взаимодействует с атмосфере с частицами естественного происхождения и со все возрастающими искусственными загрязнениями воздуха. Характер радиоактивных осадков зависит) от типа бомбы. Прежде всего надо четко различать два типа ядерного оружия; 1) в атомной бомбе происходит расщепление тяжелых элементов, например урана или плутония, сопровождающееся выделением энергии и радиоактивных «продуктов распада»; в водородной бомбе, представляющей собой термоядерное оружие, легкие элементы (дейтерий) соединяются, образуя более тяжелые элементы; при этом освобождается анергия и выделяются нейтроны. Так как для термоядерной реакции необходима очень высокая температура (миллионы градусов), то-реакция деления используется для «запуска» реакции Синтеза. В общем на единицу высвобождаемой энергии термоядерное оружие образует меньше продуктов распада и больше нейтронов (создающих наведенную радиоактивность в окружающей среде), чем атомное оружие. Остаточное излучение, часть которого широко рассеивается в биосфере и оставляет около 10% энергии ядерного оружия. Количество образующихся радиоактивных осадков зависит не только от типа и размера бомбы, но и от количества постороннего материала, вовлеченного во взрыв.

Осадки, образующиеся при атомных взрывах, отличаются от радиоактивных отходов тем, что порожденные взрывом радиоактивные изотопы соединяются с железом, кремнием, пылью и всем, что оказывается поблизости, в результате чего получаются относительно нерастворимые частицы. Размеры этих частиц, часто напоминающих под микроскопом крошечные мраморные шарики разных цветов, варьируют от нескольких сот микрон до почти коллоидных размеров. Самые мелкие из них плотно прилипают к листьям растений, вызывая радиоактивные повреждения ткани листа; если такие листья съедает какое-либо растительноядное животное, радиоактивные частицы растворяются в его пищеварительных соках. Таким образом, эта разновидность осадков может непосредственно включиться в пищевую цепь на трофическом уровне растительноядных, или первичных, констументов.

Радиоактивные осадки от небольших атомных бомб или ядерных взрывов, произведенных в мирных целях (строительство портов, каналов или вскрышные работы), ложатся на землю в виде узкой прямой полосы по направлению ветра, но некоторые мельчайшие частицы могут уноситься на большие расстояния и выпадать с дождем далеко от места взрыва. Хотя общая радиоактивность уменьшается по мере увеличения расстояния от места взрыва, уже давно было установлено, что некоторые радиоактивные изотопы, имеющие важное биологическое значение, особенно стронций-90, в наибольшем количестве обнаруживаются у диких животных на расстоянии 100—150 км от эпицентра взрыва (Нишита и Ларсон, 1957). Это объясняется тем, что у 90Sr есть. два газообразных предшественника (90Кг—>-90Rb—>-90Sr) и он образуется относительно нескоро после взрыва бомбы. Поэтому стронций-901 включается в мельчайшие частицы (менее 40 мкм), которые оседают вдали от эпицентра и легче включаются в пищевые цепи. Цезий-137 также имеет газообразных предшественников и является существенной составной частью более легко растворимых «дальних осадков».

При взрывах больших мощных «мегатонных» бомб, которые весьма широко испытывались в начале 60-х годов, происходит выброс вещества в стратосферу, что привело к глобальному заражению с выпадением осадков по всему земному шару, которое будет продолжаться еще много .лет. Количество осадков, выпадающих в данной области, примерно пропорционально количеству атмосферных осадков. В Украине, например, к 1975 г. количество накопленного стронция-90 составляло во влажных районах (например, на западе в зоне листопадных лесов) около 80 мКи/км2, а в сухих районах ( степи ) —35 мКи/хм3.

Исследования, проведенные после испытаний ядерного оружия показали, что радиоактивные изотопы, включающиеся в пищевые цепи в океане, достаточно легко отличаются от включающихся в наземные пищевые цепи. В морских организмах в больших количествах обнаружены те радиоактивные изотопы, которые образуют прочные комплексы с органическими веществами, например кобальт-60, железо-59, цинк-65 и мар-ганец-54 (все эти изотопы порождены нейтронной бомбардировкой), и те, которые присутствуют в виде частиц или коллоидов (144Се, 144Рг, S5Zr и 106Rh). В наземных растениях и животных, напротив, находятбольше всего растворимых продуктов распада, таких, как стронций-90 и цезий-137. Так как именно в морских животных, но не в морских растениях или наземных организмах была обнаружена наведенная активность, накапливающаяся в детрите, можно думать, что это различие связано с преобладанием в пищевых цепях морских экосистем фильтра-торов и организмов, питающихся донными осадками. Это еще один пример того, что загрязнения могут миновать первый трофический уровень и включиться непосредственно в те звенья пищевой цепи, которые образованы животными.

Количество радиоактивных изотопов, которые включаются в пищевые цепи и в конце концов попадают в организм человека, определяется не только тем, сколько их выпало из воздуха (что, как уже отмечалось, непосредственно зависит от количества атмосферных осадков), но также структурой экосистемы и природой ее биогеохимических циклов. В общем в малокормных местообитаниях большая доля осадков будет входить в пищевые цепи. В богатой среде высокая скорость обмена и большая запасающая емкость почвы или донных отложений обеспечивают такое разбавление осадков, что в растения они попадают в относительно небольшом количестве. Подушковидная растительность тощих почв, такая, как моховые болота, заросли вереска, сообщества на выходах гранита, альпийские луга и тундры действует как ловушка для осадков, ускоряя их потребление животными.