Современная экологическая обстановка в отдельных странах и регионах оставляет желать лучшего. Миссия нашего сайте — обеспечить русскоязычных жителей планеты Земля актуальной информацией о защите окружающей среды, экологической безопасности и экологии в целом.

Полезные ресурсы и публикации:
-

Л.И. Баюров
Курс лекций по сельскохозяйственной радиологии

Учебное пособие. – Краснодар: КубГАУ, 2009. – 112 с.

Предыдущая

Лекция 4. Источники ионизирующего излучения

3. Миграция радионуклидов в биосфере

Миграция радионуклидов из почвы и воды в растительные организмы во многом определяется типом почвы, физико-химическими свойствами радиоизотопов и видовыми особенностями флоры.

При передвижении радионуклидов по различным по различным вегетативным частям растений существует определенная закономерность: в основном они концентрируются в листьях и стеблях, меньше – в соцветиях и еще меньше - в самих плодах и семенах.

Исключением является изотоп Cs137, концентрация которого в семенах может достигать 10% и более от его содержания в надземной части растений. В ходе вегетации абсолютное количество радиоизотопов в растениях возрастает, а относительное содержание на единицу массы сухого вещества снижается. С увеличением урожайности, как правило, уменьшается относительная концентрация радионуклидов.

При потреблении животными растительных кормов или растительной пищи самими людьми происходит их миграция по так называемым «пищевым цепочкам». Чем они короче, тем выше уровень радиоактивности, создаваемый радионуклидом при поступлении в организм конечного хозяина.

В радиологии существует понятие коэффициента дискриминации. Это отношение содержания уровня какого-либо радиоизотопа в последующем звене пищевой цепи к предыдущему.

Наиболее важными изотопами, легко поглощаемыми растениями из окружающей среды, являются Sr90, Cs137 и С14.

Стронций-90, а также образующийся при его распаде дочерний изотоп иттрий-90 (с периодами полураспада 29 лет и 64 часа) - типичные бета-излучатели. Это значит, что они при распаде испускают потоки электронов, которые действуют на все живое на сравнительно небольшом расстоянии, но очень активно. Нарушаются нормальная структура и функции клеток. Это приводит к серьезным нарушениям обмена веществ в тканях. А в итоге - развитие смертельно опасных болезней - рака крови (лейкемии) и костей. Кроме того, излучение действует на молекулы ДНК и, следовательно, пагубно влияет на наследственность.

Содержание Sr90 в человеческом организме находится в прямой зависимости от общей мощности взорванных ядерных зарядов. Он попадает в организм при вдыхании радиоактивной пыли, образующейся в процессе взрыва и разносимой ветром на большие расстояния. Другим источником заражения служат питьевая вода, растительная и молочная пища.

Проникновению стронция через пищевую систему препятствует фактор, который называют «дискриминацией стронция в пользу кальция». Он выражается в том, что при одновременном присутствии кальция и стронция организм предпочитает первый из них.

Биологический период полувыведения стронция из скелета составляет свыше 30 лет. Ускорение выведения из организма стронция является труднейшей задачей. По крайней мере до сих пор не найдено высокоэффективных средств для быстрого выведения этого радиоактивного элемента из организма.

После стронция-90 цезий-137 является самым опасным радионуклидом для человека. Это - относительно долгоживущий радионуклид: период его полураспада составляет 30 лет.

При ядерных взрывах образуются мелкодисперсные частицы, адсорбирующие цезий и медленно выпадающие на поверхность земли. При всех (кроме подземных) ядерных взрывах и аварийных выбросах предприятий атомной энергетики выпадения содержат цезий в хорошо растворимой форме, что имеет принципиальное значение в процессах его миграции. При наземных же взрывах на силикатных почвах образуются слаборастворимые частицы.

Выпавший на поверхность земли радиоактивный цезий перемещается под воздействием природных факторов в горизонтальном и вертикальном направлениях. Горизонтальная миграция происходит при ветровой эрозии почв, смывании атмосферными осадками в низменные бессточные участки.

Скорость миграции зависит от гидрометеорологических факторов (скорости ветра и интенсивности атмосферных осадков), рельефа местности, вида почв и растительности и физико-химических свойств самого радионуклида.

Вертикальный перенос цезия происходит с фильтрационными токами воды и связан с деятельностью почвенных животных и микроорганизмов, выносом из корнеобитаемого слоя почвы в наземные части растений и др.

Подвижность и биологическая доступность нуклида со временем снижается в результате перехода в «слабо обменное» состояние. В первые годы после выпадения цезий в основном содержится в верхнем, 5-10-сантиметровом, слое почвы независимо от ее вида. Удержание нуклида происходит благодаря высокому содержанию в верхнем слое мелкодисперсных фракций (особенно глинистых) и органических веществ, повышающих сорбционные свойства почвы.

Проникновение радиоактивного цезия на глубины 30-50 см, очевидно, занимает десятки и сотни лет, однако перераспределение его по профилю почвы может произойти и быстрее – в результате сельскохозяйственной деятельности. В этом случае нуклид относительно равномерно рассредоточивается в пределах всего пахотного слоя.

Как правило, миграция Cs137 по пищевым цепочкам начинается с растений, куда нуклид может попасть непосредственно в момент радиоактивных выпадений. Уровень поглощения растворимого цезия растениями с их поверхности может достигать 10%. Сначала он накапливается в листьях, зернах, клубнях и корнеплодах, а в дальнейшем поступает в основном через корневую систему.

В отличие от стронция-90 он способен диффузно (равномерно) распределяться во всех органах и тканях растения. Выпадающие на поверхность почвы радионуклиды на протяжении многих лет остаются в ее верхнем слое. Если при этом почвы бедны такими минеральными компонентами, как кальций, калий, натрий и фосфор, то создаются благоприятные условия для миграции радионуклидов в самих почвах и по цепи «почва – растение». В первую очередь это относится к дерново-подзолистым и песчано-суглинистым почвам. В черноземных почвах подвижность радионуклидов крайне затруднена.

Кроме этого подвижность цезия и стронция из кислых почв значительно выше, чем из слабокислых и, особенно, слабощелочных. Поэтому нейтрализация повышенной кислотности почвы путем внесения карбонатов резко снижает содержание Cs137 в урожае. И еще одна особенность: химическим конкурентом этого изотопа является калий. Чем больше его содержание в почве, тем меньше из них поглощается цезий.

Уровни поверхностного загрязнения растений определяются их морфологическими особенностями и физико-химическими свойствами выпадающих аэрозолей. Известно, что растения способны задерживать аэрозоли с размером частиц менее 45 мкм. Особенно высокое содержание радионуклидов отмечено у лишайников, чая и хвойных деревьев, что связано с их биологическими особенностями.

Исследования, проведенные этими авторами в течение 11 лет на выщелоченном черноземе, показали, что накопление цезия-137 в урожае одной и той же культуры варьирует в разные годы до 3-кратных и более размеров.

Наиболее значительное снижение перехода радионуклида в растения наблюдали в первые годы после поступления радионуклидов в почву, затем этот процесс замедлялся.

Относительно аэрозольного цезия установлено, что более всего он накапливается в капусте, далее по убыванию – свекле, картофеле, пшенице и естественной травянистой растительности. Цезий хорошо накапливается растениями, попадает в пищевые продукты и быстро всасывается в желудочно-кишечном тракте животных и человека. Основной источник поступления цезия в организм человека – загрязненные нуклидом продукты питания животного происхождения. В основном он накапливается в мышечной ткани животных: в 1 кг мяса коров, овец, свиней и кур содержится соответственно 4, 8, 20 и 26% от суточного поступления цезия. В белок куриных яиц его попадает меньше – только 1,8-2,1%.

При накоплении Cs-137 в тканях, насыщенных кровью, он испытывает бета-распад. Здесь создаются условия как прямого, так и косвенного (через продукты радиолиза воды), его действия на кровь и ее форменные элементы.

Углерод-14. Из всех природных элементов таблицы Менделеева углероду принадлежит особая роль — он составляет структурную основу органических соединений, в том числе тех, которые входят в состав живых организмов.

С 1954 г. было отмечено быстрое увеличение содержания изотопа С14 как в атмосфере, так и в живых организмах, что было связано с началом интенсивных испытаний ядерного и водородного оружия. Так, только на Семипалатинском полигоне в бывшем СССР всего в период с 1949 по 1990 г.г. было проведено 465 ядерных испытаний, в процессе которых было произведено 607 взрывов ядерных зарядов.

С 1981 г. испытания ядерного оружия в атмосфере прекратились, и предприятия ядерно-топливного цикла оказались единственным мощным источником антропогенного нуклида, способным заметно влиять на повышение его концентрации в атмосфере и биосфере Земли. Он не имеет соответствующих значений коэффициента дискриминации, т.е. его содержание в атмосфере в одном и том же году полностью воспроизводится в растениях. Попадая в них, он способен вызывать сильное мутагенное действие, связанное с его превращением в изотоп N14 непосредственно в молекулах ДНК и РНК.

В организм человека радиоуглерод поступает в форме различных органических и неорганических соединений, в основном в составе углеводов, белков и жиров. Аэрогенное поступление незначительно - лишь 1% от пищевого.

Скорость выведения из организма C14  в составе органических соединений в определенной мере зависит от их класса: нуклид углеводов выводится интенсивнее, чем поступивший в форме аминокислот и жирных кислот, а введенный в составе спиртов задерживается дольше «углеводного».

Среди техногенных радионуклидов особого внимания заслуживают изотопы йода. Они обладают высокой химической активностью, способны интенсивно включаться в биологический круговорот и мигрировать по биологическим цепям, одним из звеньев которых может быть человек. Этот элемент был открыт французским химиком Бернаром Куртуа в 1811 г.

Радиоактивные изотопы йода могут поступать в организм через органы пищеварения, дыхания, раневые и ожоговые поверхности кожи. При избыточном и неконтролируемом поступлении особую радиобиологическую опасность представляют изотопы йода I131-135. Период полураспада 131-го изотопа составляет 8 суток. Всасывание растворимых соединений йода при указанных путях поступления в организм достигает 100%.

Наибольшее практическое значение имеет алиментарное поступление радиоактивного йода при употреблении молока и молочных продуктов от животных, выпасаемых на загрязненных радиоактивным йодом пастбищах, а также поверхностно загрязненных овощей и фруктов.

Предыдущая