Химия окружающей среды

| Категория реферата: Рефераты по экологии
| Теги реферата: сочинение на тему зима, контрольная по русскому языку
| Добавил(а) на сайт: Чукчов.

** Суммарный выброс к 6 мая 1986г.
Особенностью радионуклидного загрязнения, связанного с Чернобыльской катастрофой, является разнообразие химических форм агрегатных состояний, выброшенных в окружающую среду радиоактивных элементов. Часть элементов была выброшена в водорастворимом, капельно-жидком состоянии, часть же в виде «горячих» частиц. Радионуклиды, выделяющиеся в ходе ядерной аварии, попадали в атмосферу, откуда происходило их осаждение на различные поверхности: почвы, растительный покров, поверхность водных бассейнов, дороги, крыши строений и т.п. Последующая судьба радионуклидов зависела от их физико-химического состояния, растворимости и от взаимодействия с веществами, входящими в состав поверхностей, на которую попали радиоактивные вещества и материалы. Исходно радионуклиды обнаруживались в форме оксидов, карбидов, атомарной свободной формы, а также в составе более крупных аэрозольных частиц с размерами порядка микрона, а вблизи аварийного блока еще более крупных образований.

Биогеохимические циклы радионуклидов на примере аварии на ЧАЭС

Первоначально происходило преимущественно сорбционное связывание радионуклидов веществами, на которые попадали атомарные и молекулярные формы радионуклидов. При этом по отношению к массе радионуклидов вещества поверхностей обладали очень большой адсорбционной способностью и емкостью поглощения, что определило начальное состояние радионуклидов: они сосредотачивались в тонком поверхностом слое почвы или открытых пород, налипали на поверхностный слой растений - кутикулу листьев, кору стеблей, удерживались на поверхностях строительных сооружений. Поведение радиоактивных частиц было таким же, как и обычной пыли: они вмывались в поры материалов, на которые попадали, переносились воздушными потоками, застревали на шероховатых поверхностях. Таким было исходное, стартовое состояние радионуклидов, когда осуществилось их соприкосновение с биосферой и началось их вовлечение в круговорот химических элементов, происходящий с участием живых организмов. Поскольку скорость передачи радионуклида от одного компонента трофической цепи к другому определяется способностью этих компонентов накапливать радионуклиды, продолжительностью пребывания последних в них, то общий поток радионуклидов преимущественно зависит от биологических процессов: скорости образования биомассы; концентрации в ней тех или иных радионуклидов и их носителей; темпов перехода радионуклидов в продукты, выделяемые организмами во внешнюю среду. Органические вещества, содержащие радионуклиды, практически всюду перерабатываются микроорганизмами. Радионуклиды, выпавшие на поверхность водных бассейнов довольно быстро связываются различными веществами, растворенными в воде либо в виде частиц, находящихся во взвешенном состоянии. Адсорбированные радионуклиды попадают на дно водоемов, поэтому первоначально весьма активными оказались поверхностные слои ила. С этого начинается участие радионуклидов в биогеохимических циклах, приуроченных также и к природным водам.

В 1986г. водные растения содержали весьма существенные активности радионуклидов. Примеры радиоактивности биомассы водных высших растений, произраставших в Припятском отроге в 1986 г., где накопление радионуклидов в гидромакрофитах было наиболее значительным (данные Института гидробиологии НАНУ):

|Растение |Активность радионуклида, Бк/кг сухой |
| |массы |

|144Cе |103Ru103Rh |106Ru,106Rh |137Cs |134Cs |95Nb95Zr |90Sr | |То же
(подводная часть) |99900 |6700 |129500 |66600 |21800 |13700 |2400 | |Рогоз узколистный Typha angustifolia L. |20350 |7000 |24800 |3700 |1370 |1330
|270 | |Накопление радионуклидов и радиобиологическое воздействие на живые огранизмы обитающие в районе ЧАЭС

Радиобиологические эффекты у растений

Накопление: Условия накопления радионуклидов растениями, происходящее в основном за счет водорастворимой и обменной форм компонентов загрязнения, отражает весьма сложные переходные процессы в почве, скорость и направленность которых определяется биологической активностью всех компонентов корнеобитаемого слоя. Среди органов надземной части растений наибольшей концентрацией радионуклидов отличались листья и наименьшей - репродуктивные органы (соцветия). Таким образом, накопление радионуклидов растениями определяется не только их количеством в почве конкретного региона, но и анатомо-морфологическими и физиологическими особенностями растительного организма, типом корневой системы, степенью ее развития и глубиной проникновения в почву. Лесная растительность обладает большой поглотительной емкостью по отношению к радионуклидам, что связано с наличием значительно и сильно расчлененных поверхностей (листья, хвоя, мелкие ветви). Так, надземная часть сосново-березового леса задержала более
40 % различных выпадений (90Sr,137Cs,144Се), сосновый прирост - 90 %, густые сосновые насаждения - почти 100 %. Радионуклиды попали на листовую поверхность в конце апреля - начале мая: период наиболее активного роста растений и интенсивной метаболизации элементов. С поверхности листьев радионуклиды вовлекались внутрь клеток, и те из них, которые являлись изотопами биогенных элементов, подвергались метаболическому усвоению.
Практически все биологические эффекты на уровне многолетнего растительного организма вызваны действием излучения на верхушечную меристему растений.
Даже такие эффекты, как усиление кущения, интенсивный рост боковых побегов или пробуждение спящих почек, связаны с поглощенной дозой в верхушечной меристеме, поскольку поражение конуса нарастания проводит к снятию апикального доминирования.

Биологический эффект: Выброс радионуклидов из разрушенного реактора в период, когда многолетние древесные растения находились в состоянии наибольшей радиочувствительности (закладывались апексы побегов следующего года, зачатки побегов, сформированных в 1985 г., проходили этап гистогенеза), привел их к кратковременному острому тотальному облучению, перешедшему затем в хроническое. Форма проявления аномалий зависела от дозовых нагрузок, которые определялись характером распределения радионуклидов по ассимиляционной поверхности вегетативных органов растений.
Под воздействием острого облучения в весенний период 1986 г. (полигон в 10- километровой зоне ЧАЭС) в этом же году произошли изменения листовых пластин у хвойных и лиственных деревьев. Листовые пластины ели иногда увеличивались в 3 раза. Резко изменился цвет хвоинок. У сосны они были светло-желтые, а у ели - малиновые. Высокая радиочувствительность хвойных растений, усиленная тем обстоятельством, что авария произошла в период распускания почек, была причиной поражения насаждений сосны обыкновенной (Finns silvestris L.) и разрушения экосистемы сосновых лесов на наиболее загрязненных территориях вблизи атомной станции. Особую роль в поражении фотосинтезирующих органов и ростовых тканей сыграло [pic]-излучение от осевших на поверхность растений радионуклидов; вклад внешнего [pic]-облучения в поглощенную дозу составил всего 10 %. Листовые пластинки взрослых деревьев дуба заметно утратили присущую им конфигурацию, вплоть до приобретения формы овала. В связи с большим накоплением антоцианов лист изменил окраску - стал малиновым. У однолетних саженцев дуба (Quercus robur L.) наблюдалось сильное кущение прикорневых побегов, укорочение черешков, образование пальмовидных побегов на одной ветви. Однолетние саженцы каштана настоящего (Castanea sativa L.) представляли собой растения с резко укороченными побегами, небольшими листовыми пластинками, имевшими зелено-желтый цвет. Отмечено рассечение листовых пластин, увеличение количества радиальных прожилок и уменьшение между ними мезофильных слоев клеток.

Биологическое воздействие и миграции животных и насекомых

Радиочувствительность позвоночных животных еще выше, чем радиочувствительность хвойных растений. Первые биологические наблюдения в
«зоне отчуждения» были начаты лишь в июне-июле 1986 г. По данным количественных учетов мышевидных грызунов в сентябре 1986 г., в ближней зоне численность этих животных снизилась в 3 - 5 раз (3,5 % ловушко-суток вместо 15 - 20 в контрольных, слабо загрязненных участках). Расчетная поглощенная доза в первый месяц после аварии составляла на учетных площадках 22 и 860 Гр для [pic]- и [pic]-облучения Беспозвоночные на один- два порядка более устойчивы к действию ионизирующей радиации по сравнению с позвоночными. Тем не менее три экологические группы беспозвоночных сильно пострадали из-за специфических особенностей облучения в их средах обитания.
Скопление радионуклидов в подстилке хвойного леса буквально выжгло мелких беспозвоночных (панцирные клещи, ногохвостки) на учетных площадках в 3 км к югу от аварийного энергоблока - их численность в июле 1986 г. упала на 2 порядка. Резко снизилась также численность почвенных беспозвоночных, лучше экранированных от [pic]-излучения. Соотношение неполовозрелых и половозрелых особей изменилось в пользу последних. Величина поглощенной дозы не влияла непосредственно на взрослых животных, но заметно сказалась на ювенильных стадиях. В загрязненных лишайниках-эпифитах Hypogymnia physodes (L.) Nyl. на тех же учетных участках в 3 км к югу от блока вообще не удалось обнаружить панцирных и гамазовых клещей, ногохвосток, обычных для этой экологической ниши. В зоне сублетального и среднего поражения сосны возникла и сохраняется в течение последних лет вспышка массового размножения вторичных стволовых вредителей Отмечено 11 массовых видов, из них главные - большой и малый сосновый лубоеды (Blastophagus piniperda L.,
В.minor Hart.), синяя сосновая златка (Phaenops cyanea F.). Плотность заселения лубоедами в Лелевском и Новошепеличском лесничествах достигла 1,6-
1,9 особ./дм2. Для дополнительного питания лубоеды внедряются в побеги.
Хотя абсолютная численность вредителей возросла лишь вдвое по сравнению с нормой, но уменьшилось число побегов и резко увеличился процент заселения.
Опад поврежденных побегов возрос до 70 - 75 %, против 25 - 30 % в контроле.
В 1990 г. практически все побеги в зоне сублетального поражения были уничтожены. Деятельность вредителей ускоряет гибель пострадавших деревьев.
Через год после гибели хвойные деревья заселялись в массовом количестве обитающими под корой жуками-трухляками Pytho depressus L. и усачами рода
Rhagium. Пик их численности (несколько сотен особей на дерево) пришел на
1989 г., а уже в 1991 г. очередные погибшие деревья были слабо заражены. По- видимому, медленно засыхавшие деревья, погибшие в более поздние сроки, были мало привлекательны для стволовых вредителей из-за низкого содержания крахмала в лубе и заболони. Захламленность окружающих лесов сухостоем поддерживает кормовую базу вредителей и создает реальную опасность массового размножения их в зоне среднего поражения. У высших позвоночных животных симптомы радиоактивного поражения близки к симптомам у человека.
Однако не смотря на это с соседних участков на территорию погибшего леса постоянно проникали зайцы-русаки (Lepus europaeus Pall.), лисицы (Vulpes vulpes L.), бродячие собаки, залетные птицы, вероятно, мигрировали и мышевидные грызуны. В марте 1987 г. во время работ по захоронению следы грызунов были обнаружены в наиболее загрязненном участке леса, у забора
ЧАЭС. В том же 1987 г. численность мышевидных грызунов на ст. Янов и на учетных площадках в погибшем лесу восстановилась за счет миграции. Участки погибшего леса и пустоши над захороненным лесом постоянно посещаются крупными копытными (кабан, лось Alces alces (L.), в меньшем количестве - косуля Capreolus capreolus (L.)), однако места их отстоя, лежек или основных кормежек находятся на расстоянии 1-2 км, в зеленом хвойном лесу, вкраплениях лиственного леса и на заболоченных участках. Об этих визитах свидетельствуют следы животных.

Воздействие радиации на организм человека

В организме человека постоянно присутствуют радионуклиды земного происхождения, поступающие через органы дыхания и пищеварения. Наибольший вклад в формирование дозы внутреннего облучения вносят 40К, 87Rb, и нуклиды рядов распада 238U и 232Th.

Человек привык жить в условиях естественного фонового радиоактивного облучения которое составляет за год 15 мкР/ч или 130 мбэр (бэр
–биологический эквивалент рентгена). Ежегодная доза радиоактивного облучения населения превышает дозу его фонового облучения в 5 раз, откуда:

1) 34% медицинское обследование и лечение

2) 22% естественный фон

3) 43% продукты распада радона

4) 0,7% результаты ядерных испытаний

5) 0,3% результат работы АЭС и других теплогенных источников.
Таким образом ежегодная доза радиоактивного облучения составляет в год 590 бэр. Инертный радиоактивный газ радон образуется при распаде 238U, 232Th,
226Ra

[pic] или можно записать, что [pic] которые содержащихся в почвах и многих минералах. Поступив в организм при вдохе, он вызывает облучение слизистых тканей легких. Действием радона обусловленны заболевания раком у значительной части горнорабочих работающих на урановых рудниках Яхимова (Богемия) и Шнееберга (Саксония) [«Вредные вещества в промышленности 2» и неорганические и элементоорганические соединения». Издание пятое, стереотипное. Издательство «Химия»., Москва,
Ленинград., 1965г. c.618]

Радон присутствует в природе в виде двух изотопов 222Rn, 220Rn и высвобождается из земной коры повсеместно, но его концентрации в наружном воздухе существенно различается для различных точек Земного шара. Однако большую часть дозы облучения от радона человек получает, находясь в закрытом непроветриваемом помещении. Источниками радона являются также строительные материалы. Так, например, большой удельной радиоактивностью обладают гранит и пемза, кальций-силикатрий, шлак и ряд других материалов.
Радон проникает в помещение из земли и через различные трещины в межэтажных перекрытиях, через вентиляционные каналы и т.д. В Швеции и Финляндии были обнаруженны строения, внутри которых концентрация радона в 5000 раз превышала его содержание на наружном воздухе. По данным научного Комитета
ООН по воздействию атомной радиации, около 20% всех заболеваний раком может быть обусловленно воздействием радона и продуктов его распада. В некоторых штатах США и графствах Великобритании около 30% помещений имеют повышенный уровень радона. По данным специалистов США, сотни тысяч американцев, живущих в домах с высоким содержанием радона, получают за год такую же дозу радиации, какую получили жители Чернобыля и его окрестностей во время аварии.

При концентрации радона 11 – 16 мкюри/л. часовая ингаляция собак приводила к гибели в течении 30 дней.

Радионуклиды накапливаются в органах неравномерно. В процессе обмена веществ в организме человека они замещают атомы стабильных элементов в различных структурах клеток, биологически активных соединениях, что приводит к высоким локальным дозам. При распаде радионуклида образуются изотопы химических элементов, принадлежащие соседним группам периодической системы, что может привести к разрыву химических связей и перестройке молекул. Эффект радиационного воздействия может проявиться совсем не в том месте, которое подвергалось облучению. Превышение дозы радиации может привести к угнетению иммунной системы организма и сделать его восприимчивым к различным заболеваниям. При облучении повышается также вероятность появления злокачественных опухолей. Организм при поступлении продуктов ядерного деления подвергается длительному, убывающему по интенсивности, облучению. Наиболее интенсивно облучаются органы, через которые поступили радионуклиды в организм (органы дыхания и пищеварения), а также щитовидная железа и печень. Дозы, поглощенные в них, на 1-3 порядка выше, чем в других органах и тканях. По способности концентрировать всосавшиеся продукты деления основные органы можно расположить в следующий ряд: щитовидная железа > печень > скелет > мышцы.
В щитовидной железе накапливается до 30% всосавшихся продуктов деления, преимущественно радиоизотопов йода. По концентрации радионуклидов на втором месте после щитовидной железы находится печень. Доза облучения, полученная этим органом, преимущественно обусловлена радионуклидами 99Мо, 132Te,131I,
132I, 140Bа, 140Lа.
Среди техногенных радионуклидов особого внимания заслуживают изотопы йода
(131I, 132I). Они обладают высокой химической активностью, способны интенсивно включаться в биологический круговорот и мигрировать по биологическим цепям, одним из звеньев которых может быть человек. Основным начальным звеном многих пищевых цепей является загрязнение поверхности почвы и растений. Продукты питания животного происхождения - один из основных источников попадания радионуклидов к человеку. Исследования, охватившие примерно 100000 человек, переживших атомные бомбардировки
Хиросимы и Нагасаки, показывают, что рак - наиболее серьезное последствие облучения человека при малых дозах. Первыми среди раковых заболеваний, поражающих население, стоят лейкозы. Распространенными видами рака под действием радиации являются рак молочной железы и рак щитовидной железы.
Обе эти разновидности рака излечимы и оценки ООН показывают, что в случае рака щитовидной железы летальный исход наблюдается у одного человека из тысячи, облученных при индивидуальной поглощенной дозе 1 Грей. (1 Гр = 1
Дж/кг)

Данные по генетическим последствиям облучения весьма неопределенны.
Ионизирующее излучение может порождать жизнеспособные клетки, которые будут передавать то или иное изменение из поколения в поколение. Однако анализ этот затруднен, так как примерно 10% всех новорожденных имеют те или иные генетические дефекты и трудно выделить случаи, обусловленные действием радиации. Экспертные оценки показывают, что хроническое облучение при дозе
1 Грей, полученной в течение 30 лет, приводит к появлению около 2000 случаев генетических заболеваний на каждый миллион новорожденных среди детей тех, кто подвергался облучению.

Наиболее уязвимые для облучения в организме человека являются репродуктивные органы, глаза и красный кровяной мозг. Красный кровяной мозг теряет способность функционировать нормально уже про дозах облучения 0,5 –
1 Гр. Однократное облучение репродуктивных органов дозой 0,1 Гр. приводит к временной стерилизации, а если однократная доза облучения составляет свыше
3 Гр. то это приводит к полной стерильности. Помутнение хрусталика может наступать при дозе 2 Гр. и менее. Более тяжелая форма поражения глаз – прогрессирующая катаракта наблюдается при дозах около 5 Гр.