Радіобіологія фул вершин (передмовалесс, вступлесс етс. едишн)

420

Рис. 12.14. Блок-схема камерноі моделі міської екосистеми (на прикладі м. Прип'ять; пояснення в тексті)

Джерелами опромінення в цьому випадку є зовнішнє забруднення у 1986 р., наступні викиди і вітрове перенесення радіонуклідів. Для опису такої радіоекологічної ситуації також можна використовувати систему стаціонарних камерних моделей. Оскільки джерело A0 у квітні 1986 р. Одномоментно забруднило м. Прип'ять, то можна не розписувати рівняння для А0. Тоді маємо таку систему диференціальних рівнянь:

К – частка активності радіонуклідів при переході з однієї камери в іншу; А — активність радіонуклідів у відповідній камері, Кі; dA/dt — похідна за часом t; t — час.

421

Знаючи реальні значення коефіцієнтів переходу, можна оцінити розподіл радіонуклідів у цій міській екосистемі. З наведеної на рис 12.14 блок-схеми випливає, що основним компонентом екосистеми, який визначає об'єм і міцність утримання радіонуклідів, є каналізація міста. Якщо вона через 20 років після аварії продовжує функціонувати нормально, то значна частина радіонуклідів, що випали на м. Прип'ять (за нашими оцінками, не менш ніж 50 %), активністю не менше ніж 18,5 • 1013 Бк (5 кКі) утримується в каналізаційних стоках і колекторах міста. Здатність цієї екосистеми утримувати від скидання через р. Прип'ять у Дніпро істотну кількість радіонуклідів, накопичену в місті, визначає співвідношення:

де FM(t)— чинник радіоємності міста; А4(t) — активність радіонуклідів, що залишаються в каналізаційній мережі, Бк/Кі; A0 — загальна активність радіонуклідів, що випали на місто, Бк(Кі). Вміст радіонуклідів у мулах і донних відкладеннях стоків і колекторів міста дає змогу визначити чинники радіоємності. Якщо вважати, що (3,7 — 0,37) • 107 Бк/кг (10-4 —10-5 Кі/кг) є граничною активністю радіонуклідів, яка ще не пригнічує біоту мулу і не викликає істотної десорбції радіонуклідів через підкислення середовища, то радіоємність каналізаційної мережі м. Прип'ять не така вже й значна. Потрібно провести розрахунки цієї радіоємності, особливо для 90Sr і 137Cs, і з'ясувати, чи довго і надійно будуть утримуватися в каналізаційній мережі міста вже накопичені радіонукліди. Це дасть змогу припустити, коли можна очікувати перевищення радіоємності міста і таким чином збільшення стоку радіонуклідів у р. Прип’ять. Потрібно знати радіоємність системи каналізаційної мережі і с прогнозу вати ситуацію на майбутнє, особливо на період паводків і дощів. Виходячи з оцінки річного стоку з міста, що становить 4 — 6 % запасу радіонуклідів, можна розрахувати, що в каналізацію м. Прип’ять надійшли довгоісиуючі радіонукліди активністю (5,6 — 7,4)1013 Бк, або (1,5 — 2,0) х 103 Кі].

422

Рис. 12.15. Блок-схема найпростішої камерної моделі великого міста (на прикладі Києва; пояснення в тексті)

Складнішою є радіоекологічна ситуація в екосистемі великого населеного міста, такого як Київ. Крім зовнішнього забруднення радіонуклідами у 1986 р. Мали місце інші шляхи надходження до Києва радіонуклідів. Це насамперед завезення і вживання продуктів харчування із сільськогосподарських передмість Києва в радіусі 150

— 200 км і більше. Третій шлях надходження радіонуклідів — це водоспоживання з Дніпра (питна вода і зрошення). Ще один шлях формування дози для міських жителів — це перебування в зонах рекреації, де можливе радіонуклідне забруднення пляжів і лісів. Виходячи із зазначеного вище, можна скласти блок-схему для основних шляхів надходження радіонуклідів до екосистеми Києва. На підставі цієї блок-схеми можна отримати систему камерних моделей для такої ситуації, дещо видозмінивши систему рівнянь 12.40. Потрібно лише додати таке рівняння:

де В1 — активність радіонуклідів, що потрапляє в організм із продуктами харчування, Бк(Кі); В2 — активність радіонуклідів, що потрапляють в організм із водою, Бк(Кі); В0 — активність радіонуклідів, що потрапляють у каналізаційну мережу, Бк(Кі). У рівняння для А4 -також потрібно додати ще один член (+С24В2), що

423

дасть змогу отримати опис екосистеми великого міста. За нашими оцінками, поверхнева активність радіонуклідів (щільність забруднення) Києва відносно незначна: (1,85 —25,9)1010 Бк/км2 (0,5 —7 Кі/км2), а загальний рівень активності радіонуклідів, що випали, становить (18,5-25,9)1012 Бк (500-700 Кі) за 137Cs. Це також відносно небагато. З продуктами харчування і водою в організм жителів міста щороку надходять радіонукліди активністю близько (14,8 — 22,2)1011 Бк (40 — 60 Кі). Із них близько 70 — 90 %, що становить за рік (11,1

—18,5)1011 Бк (30—50 Кі), виводиться з організму і потрапляє у каналізаційні стоки і колектори. Поверхневий стік із території міста становить 4 —6 % активності радіонуклідів, що випали, тобто ще (7,4 —14,8)1011 Бк/рік (20 — 40 Кі/рік). Загальна активність радіонуклідів, що надходять у міську каналізацію, становить (18,5 — 33)1011 Бк/рік (50 — 90 Кі/рік). На підставі цих показників можна розрахувати активність радіонуклідів у каналізаційній мережі Києва, що становитиме близько 7,4 • 101 2 Бк (200 Кі) поверхневого забруднення і близько 18,5 • 1012 Бк (500 Кі) унаслідок надходження з продуктами харчування. Якщо виходити з того, що стік радіонуклідів

зколекторів і відстійників міста в Дніпро незначний, то мули і донні відкладення каналізаційної мережі міста можуть містити радіонукліди активністю до 25,9 • 1012 Бк (700 Кі). Приймаючи за граничну активність радіонуклідів у стоках міста 3,7 •104 Бк/кг (10-6 Кі/кг), можна зробити висновок, що для підтримання цього рівня досить 70 000 т мулу, тобто набагато менше реальних кількостей мулу і донних відкладень. Отже, радіоємність критичної ланки міської екосистеми великого міста (Київ) — його каналізаційної системи ще далеко не вичерпана. Проте ця проблема заслуговує на подальше вивчення.

Поверхневе забруднення радіонуклідами стін, дахів, будинків, тротуарів і парків Києва внаслідок аварії на ЧАЕС зумовлює лише незначне зростання природного фону, збільшуючи його в 1,5 — 2 рази порівняно з доаварійним фоном гамма-випромінювання в місті.

Аналізуючи ситуацію після аварії на ЧАЕС, можна зазначити, що для екосистеми такого великого міста, як Київ, низка заходів відіграла важливу роль у зменшенні радіонуклідного забруднення і дозових на-

вантажень на населення. Це насамперед регулярне миття і прибирання квартир, рясний полив міських вулиць, вивезення опалого листя у 1986 р. Усе це дало змогу вивести в каналізаційну мережу значну частину радіонуклідів, що випали на місто. Виходячи

зрозглянутої вище моделі, можна зробити висновок, що ці

424

контрзаходи дали змогу істотно знизити дозові навантаження на населення міста (приблизно на 5 • 104 люд.-Зв, або 5 • 106 люд.-бер), і заповнити радіонуклідами значну частину критичної ланки радіоємності міської екосистеми — міську каналізацію.

Проблема радіоекології і радіоємності міських екосистем потребує докладного вивчення. Шлях вирішення проблеми радіоекології міст приблизно такий: отримати адекватний опис міської екосистеми, а потім визначити її критичні ланки і розрахувати її радіоємність і відобразити з допомогою аналітичного ГІС на картах, де буде визначено місця тимчасовго і/або довгострокового депонування раідонуклідів. Це дасть змогу розробити та реалізувати оптимальну систему контрзаходів для забезпечення екологічної безпеки населення міста.

425

Контрольні запитання і завдання

1. Які шляхи впливу радіонуклідів на біоту?

2.Яка роль мікроорганізмів у екосистемах?

3.Що таке продуценти і редуценти?

4.Що таке інкорпоровані радіонукліди?

5.Що є основним у впливі радіонуклідів на біоту — їх хімічна чи променева дія?

6.Назвіть типи лозових залежностей, властиві мікроорганізмам.

7.Як визначають радіочутливість мікроорганізмів?

8.Що таке хронічне опромінення біоти?

9.Що таке гостре опромінення біоти?

10.Що таке пролонговане опромінення біоти?

11.Як визначають D0 на кривих залежності виживаності?

12.Чому популяція мікробіоти радіостійкіша, ніж окремі клітини?

13.До якого каріотаксону віднесено мікроорганізми?

14.Яка поведінка мікроорганізмів у разі опромінення у природних середовищах?

15.Яка динаміка чисельності різних угруповань мікроорганізмів унаслідок променевого ураження?

16.Вплив мікроорганізмів на стан і форми перебування радіонуклідів у середовищі (ґрунті та іи.).

17.Яка роль мікроорганізмів у розподілі радіонуклідів у навколишньому середовищі?

21.Як побудуваи в напівлогарифмічному масштабі дозові залежності виживаності мікроорганізмів, та визначти параметри цих дозових залежностей.

22.Що означає «плече», або «доза плеча», на дозових залежностях виживаності?

23.Розрахуйте значення «дози плеча» для кривих на мал.16, б—г.

24.Який вміст радіонуклідів у природному середовищі не впливає на найпростіші мікроорганізми?

25.Що таке радіостимуляція на прикладі мікроорганізмів?

26.Назвіть шляхи впливу радіонуклідів на живі організми.

27.Яка роль мікроорганізмів у розподілі радіонуклідів у водоймищах?

28.Яка радіоекологічна роль мікроорганізмів у ґрунті або у мулах водоймища?

29.Які дві функції виконують мікроорганізми у радіоекологічних процесах?

30.Як впливають мікроорганізми на розчинність радіонуклідів у ґрунті й мулах?

426

31.Як може впливати на радіоекологічні процеси здатність мікроорганізмів до кондиціювання навколишнього середовища?

32.Чому мікроорганізми найбільш радіостійкі серед інших представників біоти?

33.Які механізми визначають радіочутливість або радіостійкість мікроорганізмів?

34.Як репопуляція впливає на радіочутливість мікробіоти?

35.Яке значення морської радіоекології в екологічних дослідженнях?

36.Яка роль морів та океанів у радіонуклідних забрудненнях Землі?

37.Які особливості розподілу і перерозподілу радіонуклідів у морях?

38.Назвіть типові значення коефіцієнтів накопичення радіонуклідів у морській біоті.

39.Чому радіонукліди осідають на водну поверхню більшою мірою, ніж на ґрунт?

40.Яка роль біоти у розподілі рідіонуклідів у морях?

41.Як і чому розподіляються радіонукліди за глибиною моря?

42.Які особливості розподілу радіонуклідів у різних зонах морської екосистеми?

43.Як можна проаналізувати морську екосистему за допомогою моделі радіоємності?

44.Оцініть загальноекологічне значення морських екосистем у депонуванні радіонуклідів.

45.Чи можна використовувати глибоководні ділянки моря для захоронения радіоактивних відходів?

46.Чому введено мораторій на захоронения радіоактивних відходів у морях та океанах?

47.Яке значення мали випробування атомної зброї на морських акваторіях?

48.Що таке глобальні радіоактивні забруднення?

49. Чому у донних відкладеннях морів не відбувається помітного депонування радіонуклідів?

50.Чому прибережні зони морів є місцем найбільшої концентрації радіонуклідів?

51.Які основні шляхи надходження радіонуклідів до Чорного моря?

52.Які шляхи формування дозових навантажень для людини від забруднених радіонуклідами морських екосистем?

53.За рахунок чого може формуватися рекреаційна компонента поглшіеної дози йонїзуючого випромінювання для людини у разі перебування п на морі?

54.Як може відбуватися самоочищення від радіонуклідів у морських екосистемах?

427

55. Які основні властивості прісноводних екосистем проявляються щодо потрапляння у них радіонуклідів?

56. Назвіть чотири основні типи радіонуклідів за їхньою властивістю до депонування і розподілу між компонентами прісноводної екосистеми.

428

РОЗДІЛ 13. ЕКОЛОГІЧНЕ НОРМУВАННЯ РАДІАЦІЙНОГО ЧИННИКА

13.1.Зонування дозового впливу на екосистеми.

В більшості радіологічних ситуацій рослини в середовищі, де вони ростуть, піддаються одночасно зовнішньому (від джерел опромінення, що знаходяться поза рослинами) та внутрішньому (від інкорпорованих в тканинах радіонуклідів) опроміненню. У фітоценозі, що опромінюється, по відношенню до рослин, що розглядаються, джерелами опромінення можуть стати інкорпоровані (накопичені) радіонукліди, що містяться в сусідніх рослинах. Для окремих органів рослин зовнішніми також є джерела, які знаходяться в інших частинах цієї ж рослини.

При забрудненні фітоценозів штучними радіонуклідами на початковому етапі радіоактивні речовини знаходяться на поверхні ґрунту та в контакті з надземною частиною рослин. Лише через певний проміжок часу радіонукліди перерозподіляються по профілю посівів під впливом вітру, зростання фітомаси та опадів, що з’являються, а також переміщуються в глибину ґрунту в результаті міграційних процесів або агротехнічних заходів.

У випадку радіонуклідних викидів в оточуюче середовище виникає необхідність визначення граничних значень надходження радіонуклідів в екосистему, коли внаслідок їхньої дії ще не відбуваються суттєві зміни в самій екосистемі.

Природною межею для оцінки гранично допустимого викиду радіонуклідів в екосистему є дозове навантаження, або потужність річної дози опромінення. В праці Г.Г. Полікарпова та В.Г. Цицугіної була введена шкала дозових навантажень на екосистеми у вигляді чотирьох дозових границь (Таб.13.1) .

Таблиця 13.1. Шкала дозових навантажень и зон в екосистемах

4.1а) драматичних для наземних ≥ 0,4 тварин

429

4.2б) драматичних для гідробіонтів і ≥ 4 наземних тварин

4.3в) катастрофічних для тварин і ≥ 100 рослин

Зданої шкали випливає, що реальною дозовою границею для скидання та „складування” радіонуклідів в екосистемах та їх компонентах може бути потужність дози, що не перевищує 0,4 – 4,0 Гр/рік, коли за шкалою можна очікувати початку прояву явних

екологічних ефектів. Згідно оцінок потужність фонового випромінювання в 0,4 – 4,0 Гр/рік відповідає концентрації 137Cs біля 200 – 1000 кБк/кг в екосистемі або її компонентах (наземні рослини та гідробіонти) та біля 200 кБк/кг для екосистеми з включенням наземних тварин, що в середньому складає 600 кБк/кг. Розрахунки проведені на основі дозових коефіцієнтів, розроблених B. Amiro представлені у таблиці 13.2.

Таблиця 13.2. Величини значень дозових коефіцієнтів для біоти екосистем по деяким радіонуклідам