Единое окно доступа к образовательным ресурсам

Природный радиационный фон: Учебное пособие

Голосов: 1

Учебное пособие подготовлено совместно на кафедре ядерной физики физического факультета и кафедре экологии и систематики беспозвоночных животных биологического факультета Воронежского государственного университета. Учебное пособие подготовлено в обеспечение лекционного курса "Радиоэкология", читаемого для студентов 5 курса физического факультета по специализациям "Физика ядра и элементарных частиц", "Ядерная физика" и "Медицинская физика", а также для студентов 4 курса и магистров 6 курса биологического факультета в обеспечение лекционных поточных курсов "Экология и рациональное природопользование" и "Экологические проблемы наземных экосистем".

Приведенный ниже текст получен путем автоматического извлечения из оригинального PDF-документа и предназначен для предварительного просмотра.
Изображения (картинки, формулы, графики) отсутствуют.
    С высоким содержанием радона отмечена вода артезианских колодцев в
Финляндии и США. В городе Ханкок (штат Мэн, США) в питьевой воде
средняя концентрация радона составляла до 1400 Бк/м3, в Хельсинки и
Вантаа (Финляндия) концентрация радона – около 1200 Бк/м3. Для сравне-
ния: в Зальцбурге (Австрия) – 1,5 Бк/м3 . Наибольшая удельная радиоактив-
ность питьевой воды отмечена на уровне 100 млн Бк/м3, наименьшая – 0.
По оценкам ООН около 1 % жителей Земли потребляют воду с удельной ак-
тивностью более 1 млн Бк/м3 и не менее 10 % – с концентрацией радона
более 100 000 Бк/м3. При кипячении воды радон улетучивается, поэтому
кипячение воды не только улучшает ее гигиенические показатели, но и
снижает внутреннее облучение организма.
     Каменный уголь, используемый для отопления и получения электро-
энергии, является одним из источников естественной радиации. В основ-
ном, уголь содержит меньше радионуклидов, чем в среднем земная кора
(1 кг угля содержит до 50 Бк урана, около 300 Бк тория, 70 Бк калия-40 и
других радиоактивных элементов), но при его сжигании большая часть его
минеральных компонентов спекается в шлак или золу, куда главным обра-
зом и попадают радиоактивные вещества. Основная часть золы и шлак ос-
таются на дне топки. Более легкая зольная пыль выносится тягой в трубу
электростанции и загрязняет близлежащие территории. Количество этой
пыли зависит от качества очистных устройств. Выбросы летучей золы мо-
гут загрязнять почву в радиусе нескольких десятков километров от ТЭС.
     На приготовление пищи и отопление частных жилых домов расходу-
ется всего около 10 % производимого в мире угля, но из-за отсутствия зо-
лоулавливания, низкой эффективности сгорания и малой высоты труб
большое количество зольной пыли летит в воздух и в пересчете на единицу
топлива вклад этого источника в суммарный выброс естественных радио-
нуклидов в окружающую среду сопоставим с вкладом выбросов ТЭС.



                                   31


     Антропогенное загрязнение естественными радионуклидами может
возникнуть при извлечении и переработке многих полезных ископаемых
[21, 22]. Например, добыча фосфатов для производства удобрений ведется
во многих местах земного шара, но большинство фосфатных месторожде-
ний содержит уран. В процессе добычи и переработки руды выделяется
радон, да и сами удобрения радиоактивны. Радиоактивное загрязнение
пищевых культур изотопами, проникающими из почвы, бывает обычно не-
значительным, но возрастает при внесении удобрений в землю в жидком
виде. Систематическое применение удобрений приводит к увеличению
концентрации естественных радионуклидов в водоемах (воде, донных от-
ложениях, водных организмах) на всей территории водосбора [21, 22].


          Природный радиационный фон и эволюция [1]
     Согласно общепринятой гипотезе        видного советского ученого
А.И. Опарина, возникновению жизни на Земле предшествовал длительный
период абиогенного синтеза простых и высокополимерных веществ, на ос-
нове которого произошел переход от неживого к живому. Речь идет о ве-
ществах, в основе которых лежит углерод. Только углерод благодаря сво-
им уникальным свойствам способен образовывать линейные и пространст-
венные каркасы углеродных цепей, а также прочные ковалентные связи с
водородом, азотом и кислородом. Углеводороды, ставшие источником уг-
лерода, могли образовываться в большом количестве в результате геологи-
ческих процессов. Но для синтеза веществ, предшествующих образованию
жизни, необходимы мощные источники энергии, т. к. сами по себе углево-
дороды достаточно инертны. Долгое время согласно традиционным пред-
ставлениям таким источником считалось коротковолновое ультрафиолето-
вое излучение. Однако в настоящее время все большее количество сторон-
ников приобретает гипотеза о том, что ведущую роль в нарушении инерт-
ности углеводородов сыграла ионизирующая радиация. Установлено, что

                                  32


эволюция шла не по всему земному шару одновременно, а была приуроче-
на к разломам земной коры, где возникали источники ионизирующих из-
лучений значительной мощности. Ионизирующее излучение обладает са-
мой большой энергией, значительно превышающей энергию любой хими-
ческой связи. Это способствовало образованию свободных радикалов, об-
ладающих свободными валентностями и имеющих высокую реактивность,
что давало богатый материал для последующего синтеза аминокислот, по-
липептидов, нуклеотидов. Большую роль играла ионизирующая радиация
и в дальнейшей эволюции живых организмов. Как известно, мутации, из-
менения структуры ДНК и связанное с этим изменение свойств организма
дают большой исходный материал для последующего естественного от-
бора – основного фактора эволюции жизни. Мутагенное действие ионизи-
рующего излучения было открыто в 1925 г. отечественными учеными
Г.А. Надсоном и Г.С. Филипповым и сразу же поставило на повестку дня
науки вопрос о влиянии ионизирующей радиации окружающей среды на
скорость спонтанного мутагенеза.
     Расчеты Н.П. Дубинина (1961) показали, что у такого радиочувстви-
тельного организма, как организм человека, с продолжительностью репро-
дуктивного периода примерно в 30 лет естественный фон радиации может
вызывать до 25 % общего числа спонтанных мутаций.
     Если принять во внимание, что в первый миллиард лет развития про-
стейших форм жизни радиоактивный фон был выше современного, а вре-
менами (на протяжении десятка тысячелетий) из-за вспышек сверхновых
звезд повышался в сотни, а может быть, и в тысячи раз, то нам будет ясно,
что вклад радиации как постоянно действующего мутагенного фактора в
начальный период эволюции трудно переоценить. Весьма вероятно, что
первичные формы жизни, еще эволюционно не выработавшие современ-
ных систем защиты и восстановления генетических структур от мутаген-
ного действия радиации, были значительно радиочувствительней, чем со-

                                   33


временные виды, что также повышало роль этого фактора в развитии жиз-
ненных форм. Легко возникающие под влиянием радиации в окружающей
среде различные перекиси (перекись водорода, органические перекиси,
эпоксиды, гидроперекиси) и хиноны являлись теми первыми химическими
мутагенами, вклад которых в эволюцию также был связан с наличием
ядерной радиации [8].
     Чтобы получить правильное представление о роли ионизирующей
радиации в эволюции жизни на нашей планете, нельзя забывать, что ра-
диационная обстановка претерпевала значительные изменения и во време-
ни (2,5 млрд лет) и в пространстве нашей планеты. По-видимому, с этим
были тесно связаны вспышки повышенной мутабильности, ведущие к уси-
ленному новому видообразованию и вымиранию видов, не выдерживаю-
щих высоких уровней радиации [29].
    Палеонтология в развитии жизни на Земле отмечает несколько перио-
дов вспышек и вымирания. Ярким примером является палеозойская эра,
характеризующаяся невиданным расцветом гигантских земноводных, реп-
тилий и ящеров, длившаяся двести миллионов лет и закончившаяся массо-
вым вымиранием и исчезновением с лица Земли характерных для нее форм
животных. Существует гипотеза, высказанная в 1957 г. И.С. Шкловским и
В.И. Красовским, что в конце палеозоя на расстоянии 5–10 парсеков от
Солнца вспыхнула сверхновая звезда. Это вызвало в конце мелового пе-
риода стойкое увеличение космической радиации, что за несколько десят-
ков тысяч лет привело к вымиранию таких радиочувствительных форм
рептилий, как динозавры и др. В течение всего этого времени шел отбор по
радиоустойчивости. Известно, что мелкие рептилии, дожившие до наших
дней, характеризуются большой радиустойчивостью (Д50/50 для рептилий
сегодняшнего дня 5–20 крад, при радиочувствительности позднее возник-
ших млекопитающих 0,2–0,7 крад). Около 200 млн лет потребовалось для
начала новой эры палеогена, когда вновь от сравнительно простых форм

                                  34


начала свое развитие уже современные фауна и флора (около 10 млн лет
тому назад) [19].
      На основании своих обширных ботанико-географических исследова-
ний Николай Иванович Вавилов пришел к выводам, что видообразование как
диких, так и культурных растений приурочено к определенным регионам
Земли, что в прошлом оно происходило не равномерно в пространстве, а бы-
ло локализовано в определенных мировых центрах. В своей работе «Ученые о
происхождении культурных растений после Дарвина» Н.И. Вавилов писал,
что, рассматривая вопрос об эволюции видов с географической точки зрения,
Дарвин без колебания пришел к признанию связи возникновения видов с оп-
ределенной единой областью. Систематизируя огромный материал своих
экспедиций, Вавилов дал географическую картину первичных областей ви-
дообразования и подчеркнул, что эти области приурочены преимущественно
к горным и предгорным районам. На рис. 2 даны центры формообразования
главнейших растительных культур, выявленные Вавиловым, нанесенные на
карту крупных урановых месторождений [К.М. Лаверов и др., 1983]
с повышенным уровнем природной радиации. Полученные совпадения, по-
видимому, не случайны. Особенно ярко проявляются они в Центральной и
Южной Америке. Вавилов выявил центр видообразования в Центральной
Америке – горный южномексиканский, и видно, что он совпадает с располо-
жеными в этом районе крупными урановыми провинциями Лайв-Ок, Карнс,
Буэна-Виста, Британская Колумбия и Сьерра-Пена-Бланка.
      В Южной Америке Вавилов отметил три центра видообразования,
приуроченные к Андийскому хребту, по которому расположены урановые
провинции Сантадер в Колумбии, Сьерра-Пампа в Аргентине и Чили, Аль-
типлано в Боливии. С урановыми провинциями совпадают и центры видо-
образования в Иране, Афганистане, Пенджабе, южных отрогах Гималаев,
северо-западной Индии. Повышенная радиоактивность была не единст-
венной причиной бурного видообразования в перечисленных районах Зем-

                                   35


ли, однако, зная о влиянии ионизирующей радиации на мутагенез, поли-
плоидию, иммунную несовместимость при гибридизации, значительный
вклад природного радиоактивного фона в видообразование и эволюцию на
нашей планете является очевидным.
    На основании тщательных исследований процессов накопления урана
в осадочных породах и широкого анализа данных палеонтологии отечест-
венный биолог С.Г. Неручев установил, что в течение миллиардов лет эво-
люции жизни в среде обитания в связи с изменениями тектоно-
магматической активности, развитием рифтовых систем, изменениями
климата возникали эпохи повышенного содержания урана на поверхности
Земли и в водах Океана. Отличались наиболее сильным радиоактивным
фоном эпохи: поздний девон – ранний карбон; поздняя юра – ранний мел;
поздний карбон; поздний мел; поздняя пермь; средний – поздний эоцен.
Как влиял рост концентрации урана в водах Океана на живые организмы?
     Современные исследования показывают, что небольшие дозы радиа-
ции оказывают стимулирующее действие на размножение и развитие
многих простейших организмов. Поэтому начало эпохи уранонакопления
знаменовалось усиленным размножением фито- и зоопланктона, увеличе-
нием биомассы Океана [27].
     Одновременно с размножением живые организмы поглощают, кон-
центрируют в себе урановые соли из окружающей среды, что ведет к их
еще большему облучению, сопровождающемуся усиленным мутагенезом.
     Как проследил С.Г. Неручев, эпохи уранонакопления характеризу-
ются усиленным видообразованием. В связи с этим он пишет: «Представ-
ления Ж. Кювье о наличии в истории Земли кратковременных революци-
онных эпох значительного изменения органического мира в принципе ока-
зываются правильными. Ж. Кювье был прав не только относительно рево-
люционных переворотов, приводивших к значительной смене фауны и
флоры, но и совершенно правильно указал три из них – поздне-пермский,

                                    36


позднеюрский и позднеэоценовый, т. е. как раз периоды бурного уранона-
копления».
     Дальнейшая концентрация урана в живых организмах приводила к
повышению их облучения, что неминуемо должно было привести к массо-
вому вымиранию этих организмов, богатых ураном. Установлено, что оса-
дочные породы, образующиеся после вспышки уранонакопления в водах
Океана, характеризуются одновременно увеличивающимся содержанием
урана и органического вещества [23].
     Неравномерность развития органического мира, на которую обраща-
ли внимание в своих работах отечественные ученые – В.И. Вернадский,
Л.С. Берг, В.В. Меннер и др., в настоящее время связывается с неравно-
мерными периодами роста радиоактивного фона на Земле. Меняющийся
радиоактивный фон нашей планеты влиял на возникновение новых форм
жизни, на интенсификацию процессов видообразования фауны и флоры.
    Современная радиобиология констатирует факт тесной связи меж-
ду радиоустойчивостью организма и его способностью выживать в не-
благоприятных условиях среды, отмечая при этом, что длительное на-
хождение организмов в среде с повышенной радиоактивностью ведет к
появлению новых радиоустойчивых форм [24, 25].
    В эпохи повышенной радиоактивности массовое вымирание радио-
чувствительных форм сопровождается образованием новых радиоустой-
чивых форм, причем последние могли завоевать новые ареалы жизнеоби-
тания с менее благоприятными условиями, будучи более резистентными к
этим условиям.
    Природный радиоактивный фон, претерпевая резкие изменения как во
времени, так и в пространстве, за миллиарды лет существования нашей
планеты внес весомый вклад как в абиотическую, так и биотическую эво-
люции ее биосферы [1, 29].



                                   37


38
     Рис. 2. Сопоставление крупных урановых месторождений (1) с выявленными Н.И. Вавиловым очагами видообразования (2)


                              ЛИТЕРАТУРА
                          Основная литература
1. Кузин А.М. Природный радиоактивный фон и его значение для биосфе-
ры Земли / А.М. Кузин. – М. : Наука. – 1991. – 115 с.
2. Радиация: дозы, эффекты, риск / пер. с англ. Ю.А. Банникова. – М. :
Мир, 1988. – 80 с.
3. Резвая Г.Л. Радиация вокруг нас / Г.Л. Резвая. – Минск : Наш город,
1998. – 128 с.
4. Ядерная энциклопедия. – М. : Б.и., 1996. – 594 с.
5. Зеленков А.Г. Некоторые вопросы радиационной экологии / А.Г. Зелен-
ков. – М. : МИФИ, 1990. – 80 с.
6. Барабой В.А. Ядерные излучения и жизнь / В.А. Барабой,         Б.Р. Кири-
чинский. – М. : Наука, 1972. – 232 с.
7. Савенко В.С. Радиоэкология : учеб. пособие для студ. вузов / В.С. Са-
венко. – Минск : Дизайн ПРО, 1997. – 208 с.
8. Радиационная биология. Радиоэкология / РАН. – М. : Наука, 1963. – 164 c.
9. Радиобиология / под ред. А.Д. Белова. – М. : Колос, 1999. – 135 с.
10. Бак З. Основы радиобиологии: пер. с англ. / З. Бак, П. Александер. –
М. : Изд-во иностранной литературы, 1963. – 256 c.
11. Алексахин Р.М. Тяжелые естественные радионуклиды в биосфере /
Р.М. Алексахин [и др.]. – М. : Наука, 1990. – 134 c.
12. Кудряшов Ю.Б. Основы радиационной биофизики : учебник /
Ю.Б. Кудряшов, Б.С. Беренфельд. – М. : Изд-во МГУ, 1982. – 230 с.
                         Дополнительная литература
13. Трансурановые элементы в окружающей среде / под ред. У.С. Хен-
сона. – М. : Энергоатомиздат, 1985. – 112 с.
14. Тюрюканова Э.Б. Ландшафтно-химические аспекты поведения радио-
элементов в биосфере. Современные проблемы радиобиологии : в 2 т. /



                                        39


Э.Б. Тюрюканова ; под ред. В.М. Клечковского, Г.Г. Поликарпова,
Р.М. Алексахина. – М. : Атомиздат, 1971. – Т. 1 : Радиоэкология. – 348 с.
15. Василенко О.И. Радиационная экология / О.И. Василенко. – М. : Меди-
цина, 2004. – 216 с.
16. Перцов Л.А. Ионизирующее излучение биосферы / Л.А. Перцов. – М. :
Атомиздат, 1973. – 140 с.
17. Поликарпов Г.Г. Радиоэкология морских организмов / Г.Г. Поликар-
пов. – М. : Атомиздат, 1964. – 254 с.
18. Нахутин А.И. Радиация у вас дома и на улице / А.И. Нахутин. – М. :
Машиностроение, 1996. – 126 с.
19. Мирошниченко Л.И. Динамика радиационных условий в космосе /
Л.И. Мирошниченко, В.М. Петров. – М. : Энергоиздат, 1985. – 188 с.
20. Кузин А.М. Проблемы современной радиобиологии / А.М. Кузин. – М. :
Знание, 1987. – 64 с.
21. Куликов Н.В. Радиоэкология пресноводных растений и животных. Со-
временные проблемы радиобиологии : в 2 т. / Н.В. Куликов. – М. : Атомиз-
дат, 1971. – Т. 2. – 196 с.
22. Куликов Н.В. Континентальная радиоэкология / Н.В. Куликов,
И.В. Молчанова. – М., 1975. – 208 с.
23. Криволуцкий Д.А. Действие ионизирующей радиации на биогеоценоз /
Д.А. Криволуцкий [и др.]. – М. : Наука, 1988. – 172 с.
24. Коггл Дж. Биологические эффекты радиации: пер. с англ. / Дж. Коггл. –
М., 1986. – 306 с .
25. Ильенко А.И. Экология животных в радиационном биогеоценозе /
А.И. Ильенко, Т.П. Крапивко. – М. : Наука, 1989. – 204 с.
26. Ионизирующее излучение: источники и биологические эффекты. Док-
лад НКДАР ООН Генеральной Ассамблее за 1982 г. / пер. с англ. – Нью-
Йорк, 1982. – 38 с.



                                        40



    
Яндекс цитирования Яндекс.Метрика