Глобальные проблемы экологии. Радиоактивные загрязнения окружающий среды

                                                                                 Студентка отделения МООП

                                                                                 Курс: 4   Группа: МООП-453

Радиоактивное загрязнение окружающей среды.

Важнейшей глобальной экологической проблемой географической оболочки является ее радиоактивность, связанная с разработкой радиоактивных руд, ядерными взрывами в мирных целях, испытаниями ядерного оружия, авариями на АЭС.

Сейчас во всем море существует 430 атомных реакторов. В России их – 46. Авария на Чернобыльской АЭС в 1986 году является крупнейшей экологической катастрофой. Суммарный выброс радиоактивных веществ в атмосферу при этом составил 77 кг. Для сравнения, при взрыве атомной бомбы над Хиросимой было выброшено 740 г радионуклидов. Около 70% выброса радиоактивных веществ пришлось на территорию Белоруссии. Пострадали, также, Россия, Украина, Польша, Румыния, Швеция, Венгрия, Австрия, Турция. Поэтому во многих странах, а именно: в Швеции, Великобритании, Италии, Бразилии и Мексике, после аварии в Чернобыле, запрещено строительство АЭС. Однако, ядерную энергетику, пока еще, нечем заменить, хотя при этом не всюду соблюдается высокий уровень экологической безопасности. Так, на территории России имеется 15 полигонов  захоронения радиоактивных отходов, некоторые из которых стали зонами экологического бедствия.

Таким образом, деятельность человека отрицательно воздействует на все компоненты географической оболочки, то есть на земную кору, атмосферу иклимат, на гидросферу и водный баланс, на почвенный покров, растительность и животный мир.

   Создание ядерного оружия еще больше обострило экологические следствия геомилитаризма, придало им отчетливо  выраженный планетарный характер. В настоящее  время производство и испытание атомных бомб осуществляется в Европе, Азии, Северной Америке и Океании. Базы ракет с ядерными боеголовками размещены в десятках стран. Моря и океаны бороздят сотни подводных лодок, оснащенных атомными реакторами и вооруженных ядерными ракетами. В воздухе постоянно находятся самолеты с атомными бомбами на борту. В случае их аварии под угрозой радиоактивного поражения окажутся обширные регионы планеты. Испытания ядерного оружия сопровождаются радиоактивным загрязнением огромных пространств.

В случае ядерного конфликта произойдет экологическая катастрофа, которая охватит всю планету, как воюющие, так и нейтральные страны. В настоящий момент общая мощность ядерного оружия превышает миллион бомб, равных по мощности сброшенной в 1945 г. на Хиросиму.

Создание ядерного арсенала привело к крупнейшим изменениям экологических свойств и качеств окружающей среды. С 16 июля 1945 г., т. е. с момента испытательного взрыва первой атомной бомбы в США, началось интенсивное радиоактивное загрязнение биосферы. Уровень естественного радиоактивного фона географической оболочки Земли, остававшийся стабильным в течение многих миллионов лет, стал увеличиваться.

Биосфера как одна из стадий развития географической оболочки сформировалась в условиях естественного радиоактивного фона. Ионизирующая радиация была одним из источников свободной энергии, обусловившей образование органических веществ, необходимых для возникновения жизни на Земле. Именно естественные ионизирующие излучения способствовали формированию биосферы.

Источники, формирующие естественный радиоактивный фон, многочисленны и разнообразны. По своему суммарному воздействию к числу важнейших относятся космические лучи. Все организмы, живущие в приземных слоях атмосферы, в водах океанов и на поверхности суши, надежно защищены от избыточного космического излучения толщей воздуха. Население России, проживающее на равнинах, получает за счет космического излучения дозу облучения, равную в среднем 0,05 бэр/год (бэр – биологический эквивалент рентгена, доза любого вида ионизирующего излучения, которая вызывает в организме те же изменения, что и доза в один рентген). Это очень небольшая доза, которая не грозит какими-либо нарушениями функций живых организмов. С увеличением высоты над уровнем моря интенсивность излучения увеличивается. Например, в горах на высоте 3 км она выше, чем вблизи экватора (на уровне моря) в 3 раза. Интенсивность космического излучения зависит также от напряженности электромагнитного поля Земли, отклоняющего заряженные космические частицы. Это отклонение наибольшее на экваторе и наименьшее на полюсах. Поэтому интенсивность космического излучения увеличивается от экватора к полюсам.

Помимо космических лучей, биосфера постоянно подвергается воздействию радиоактивных элементов горных пород. Особенно широко распространены в земной коре такие радиоактивные элементы, как уран, торий, радий, и некоторые другие. Их содержание максимально в кислых магматических породах. Уровень ионизирующего излучения осадочных пород обычно в несколько раз ниже, чем гранитов и базальтов.

Интенсивность естественной радиации, обусловленной радиоактивными элементами горных пород, меняется в соответствии с ландшафтом. Чем мощнее толща осадочных слоев, залегающих над гранитами или базальтами, тем ниже при прочих равных условиях природный радиационный фон. Например, в ландшафтах пластовых и аккумулятивных равнин он в 3-7 раз ниже, чем на цокольных равнинах. Мощная толща воды в океане препятствует проникновению ионизирующего излучения базальтов океанического дна. Поэтому естественная радиоактивность нижних слоев воздуха над океаном примерно в 100 раз ниже, чем над сушей. На уровень радиационного фона влияет и снеговой покров. Слой свежевыпавшего снега высотой 50 см снижает интенсивность излучения вдвое.

Содержание радиоактивных веществ в почвах определяется породами, на которых они формируются. В результате радиоактивного распада радия и тория в них скапливаются радиоактивные газы радон и торон.

Величины естественного радиоактивного фона различны в разных географических регионах. Широта места, его высота над уровнем моря, литология коренных пород и осадочных толщ, тектоническое строение, типы почв и их геохимические особенности, химический состав и гидрологический режим поверхностных и грунтовых вод, характер выпадения атмосферных осадков – это далеко не полный перечень условий, сочетание которых определяет местные особенности природного радиоактивного фона. Ландшафты разного типа отличаются друг от друга сочетанием этих факторов, а следовательно, уровнем естественного радиоактивного фона.

Помимо внешнего облучения, все живые организмы, в том числе и человек, подвергаются внутреннему облучению за счет радиоактивных веществ, усвоенных вместе с пищей. Прежде всего, это относится к калию-40 и углероду-14. Внутреннее облучение суммируется с внешним.

Все животные и растения могут благополучно существовать только в условиях естественных параметров радиоактивного фона. Их изменение как в сторону уменьшения, так и в сторону увеличения приводит к неблагоприятным последствиям. 

Радиоактивные вещества, опасные для окружающей среды.

За последние десятилетия возникла и становится все более острой качественно новая экологическая проблема – защита биосферы от радиоактивных загрязнений. Эти загрязнения непосредственно затрагивают все сферы географической оболочки и все ее компоненты. Кроме того, они сохраняют свое негативное воздействие в течение длительного времени – десятков и сотен лет.

Основными источниками радиоактивного загрязнения природной среды являются производство и испытания ядерного оружия. До 2000 г. в мире было проведено около 2 тыс. испытательных взрывов. Из них на долю США приходится 50,5% взрывов, СССР, России– 35,1%, Франции – 10,1%, Англии – 2,3%, Китая – 1,8% взрывов. Значительная часть этих испытаний сопровождалась существенными поступлениями в окружающую среду радиоактивных веществ.

При ядерных взрывах образуются две группы радиоактивных изотопов

К первой группе относятся изотопы с коротким периодом полураспада (Период полураспада – время, за которое первоначальное количество изотопов уменьшается вдвое) (иод-131, барий-140 и др.). Они создают наибольшую опасность в ближайший период времени после взрыва и в непосредственной близости от места ядерного взрыва, так как за ограниченное время своего существования не успевают далеко распространиться.

Ко второй группе относятся изотопы с периодом полураспада от нескольких десятилетий до нескольких тысяч лет. Это, в частности, изотоп углерода – углерод-14 с периодом полураспада свыше 5 тыс. лет. Вместе с пищей углерод-14 попадает в животные и растительные организмы и постепенно накапливается в них. В результате внутреннее облучение возрастает, что чревато генетическими мутациями разного рода, в том числе и вредными, которые могут проявиться через несколько поколений.

К числу наиболее опасных долгоживущих продуктов ядерных взрывов относится изотоп стронция – стронций-90. Период его полураспада равен 28 годам. По своим химическим свойствам стронций близок к кальцию и поэтому замещает его в биологических процессах обмена веществ. С продуктами питания стронций-90 усваивается животными, накапливается в их костях. При значительных концентрациях стронция-90 может возникнуть угроза заболевания лейкемией. При нехватке в пище кальция потребность в нем удовлетворяется за счет стронция. Почвы разных типов отличаются по составу кальция. Поэтому при одинаковом количестве выпавшего после ядерного взрыва стронция-90 степень радиационной опасности в разных районах будет неодинаковой. Чем выше содержание кальция в почвах, тем меньшими относительными величинами будет характеризоваться их загрязнение стронцием-90, и наоборот. В северных районах Евразии, где преобладают дерново-подзолистые почвы с малым содержанием кальция, относительная концентрация в почве стронция-90 увеличивается значительно быстрее, чем в южных. В этих районах внесение кальция в почву при известковании имеет значение не только для повышения урожайности полей, но и как средство борьбы с загрязнениями среды стронцием-90. В ландшафтах, где господствуют кислые почвы, бедные кальцием, растения и животные отличаются повышенным содержанием стронция-90.

Близок к стронцию-90 по основным свойствам изотоп цезия – цезий-137. Его накопление в организме сопровождается тяжелыми последствиями – формированием наследственных дефектов, проявляющихся у последующих поколений.

В результате всех проведенных ядерных взрывов в биосферу попало огромное количество радиоактивных веществ, вследствие чего радиоактивный фон вырос в среднем на 3%. Этот новый уровень фоновой радиоактивности не представляет какой-либо опасности для живых организмов. Но в ряде регионов земного шара накопление антропогенных радиоактивных веществ может существенно превосходить средние величины и достигать критических размеров.

При наземных или воздушных ядерных взрывах радиоактивные вещества поднимаются высоко в воздух. Примерно 35-40% этих веществ попадает в тропосферу. В тропосфере они переносятся на большие расстояния и при этом постепенно выпадают на землю с дождями и туманами. Их полное удаление из тропосферы осуществляется за период от 1 до 3 месяцев. Около 60% продуктов атомных взрывов попадает в стратосферу. Их удаление из стратосферы занимает гораздо больше времени – до 10 лет. Поэтому как бы далеко от мест ядерных взрывов ни находилась территория, она не будет защищена от радиоактивного загрязнения.

Накопление продуктов ядерных взрывов в разных географических поясах земного шара неодинаково. В экваториальном поясе при господстве восходящих токов воздуха уровень радиоактивных загрязнений в целом невелик. В тропиках господствуют нисходящие токи воздуха, что приводит к попаданию в тропосферу радиоактивных веществ из стратосферы. В умеренных широтах в связи со значительным количеством осадков радиоактивные вещества быстро достигают земной поверхности. В целом максимум выпадения радиоактивных веществ приурочен к умеренным широтам, минимум – к экватору. Северное полушарие загрязнено в 3-4 раза больше Южного, так как здесь произведено больше испытательных взрывов. Независимо от времени проведения испытания максимум выпадения радиоактивных осадков падает на весну и начало лета. По-видимому, в это время происходит максимальный обмен воздушными массами между стратосферой и тропосферой, что приводит к интенсивному поступлению продуктов ядерных взрывов из стратосферы.

Большая часть радиоактивных веществ выпадает над морями и океанами, туда же радиоактивные вещества попадают с речными водами. В результате содержание радиоактивных веществ в Мировом океане все время растет. Основная их масса сосредоточивается в верхних толщах на глубинах до 200-300 м. Это особенно опасно, так как именно верхние слои Океана отличаются наибольшей биологической продуктивностью. Даже низкие концентрации радиоактивных изотопов наносят большой ущерб воспроизводству рыбы. В водах Тихого океана содержится во много раз больше радиоактивных веществ, чем в водах Атлантики. Это прямое следствие большого числа испытательных ядерных взрывов, проведенных в Тихом океане и в Китае. Однако, несмотря на значительное повышение содержания радиоактивных веществ в воде морей и океанов, их концентрация все еще остается в сотни раз ниже допустимой по международным стандартам для питьевой воды. Но опасность экологических нарушений все равно очень велика, так как значительная часть морских организмов способна аккумулировать радиоактивные изотопы в больших количествах. Так, по сравнению с океанической водой радиоактивность может оказаться в мышцах рыб в 200 раз, в планктоне – в 50 тыс. раз, а в печени рыб – в 300 тыс. раз выше. Поэтому во всех крупных портах рыбоприемки должен осуществляться тщательный радиационный контроль уловов.

Степень накопления радиоактивных изотопов растениями и животными зависит от вида геосистемы. Так, растительность моховых болот, верещатников, альпийских лугов и тундр интенсивно аккумулирует радиоактивные вещества.

Ядерные взрывы влияют не только на повышение уровня радиоактивного фона. Они, по-видимому, оказывают воздействие на метеорологические процессы. Анализ метеорологических и геофизических наблюдений свидетельствует об опосредованном влиянии ядерных взрывов на погоду в глобальном масштабе. Взрывы являются причиной изменения направления ветров, внезапных ливней, бурь и паводков. Все эти аномальные проявления атмосферных процессов чаще всего возникают не сразу, а через некоторое время после ядерных испытаний. Отечественными и американскими учеными установлено, что с 1945 г. электропроводность атмосферы значительно возросла. Последствиями этого явились климатические нарушения, в частности, усиление меридионального переноса воздушных масс.

Подземные ядерные взрывы в ряде случаев могут служить причиной крупных сейсмических нарушений. Если они проводятся в пределах геологических структур, находящихся в состоянии неустойчивого равновесия, то могут привести к землетрясениям. Так, по мнению ряда американских сейсмологов, сильное землетрясение в районе Лос-Анджелеса в Калифорнии (1971 г.) явилось следствием ядерных испытаний.

Испытательные ядерные взрывы могут воздействовать на очень крупные геосистемы. Например, в Прикаспии за последние 30 лет было проведено 47 подземных ядерных взрывов в хозяйственных и военных целях. В результате произошла разгерметизация зон аномально высоких пластовых давлений и начал подниматься уровень подземных вод в верхних горизонтах. Постепенное прохождение через Каспийскую котловину волны тектонических деформаций, вызванной этими взрывами, привело к разгрузке в Каспий подземных вод в объеме от 40 до 60 км3 в год. Подобная разгрузка начала происходить с 1978 г. По мнению некоторых ученых, это стало одной из причин (среди ряда других природных факторов) подъема уровня Каспия.

При ядерных взрывах возникает опасность нарушения озонового экрана Земли. Взрыв ядерной бомбы может сопровождаться разрушением верхних слоев озона. Это приведет к усилению интенсивности ультрафиолетового излучения, что может губительно сказаться на живых организмах.  

Литература.

1. Родзевич Н.Н. Геоэкология и природопользование: Учеб. для вузов / Н.Н. Родзевич. - М.: Дрофа, 2003. - 256 с.