Радіоактивне забруднення природних екосистем

Розділ 4. Особливості радіоактивного забруднення довкілля
4.1. Радіоактивне забруднення природних екосистем

У результаті випадання радіоактивних речовин забруднюються такі компоненти природного середовища, як атмосферне повітря, ґрунтовий покрив, водні маси, рослини, тварини тощо. Радіоактивне забруднення природних екосистем відбувається аерозольним, контактним або біологічним шляхом. Радіонукліди включаються у кругообіг речовин і потрапляють в організм людини з харчовими продуктами по ланцюгах живлення, наприклад: атмосферне повітря → ґрунт → трава → корова → молоко чи м'ясо → людина. Розглянемо особливості радіоактивного забруднення компонентів природних екосистем.

Радіоактивне забруднення ґрунтового покриву. Концентрація природних радіонуклідів у ґрунті змінюється у широких межах і залежить від інтенсивності ґрунтоутворювальних процесів. У ґрунтовому покриві найбільше міститься радіоактивного калію (до 2,5% його маси), тоді як урану, торію чи радію у сотні й мільйони разів менше. Вміст радіоактивних речовин змінюється залежно від типу ґрунту. Наприклад, у дерново-підзолистих ґрунтах щільність ⁴⁰К лише 4 пКі/г, а у чорноземах перевищує 11 пКі/г (Константінов, Журбенко, 2003).

Різниця у концентрації радіонуклідів також залежить від повноти їхнього поглинання (сорбції) ґрунтовим комплексом і стійкості закріплення у поглиненому стані. На інтенсивність сорбційних процесів у ґрунтах впливає їхній гранулометричний склад. Накопичення ¹³⁷Cs i ⁹⁰Sr зумовлене не лише розміром фракцій частинок, їхнім хімічним складом, але й різним мінеральним складом. Найвищі рівні техногенного забруднення ¹³⁷Cs i ⁹⁰Sr спостерігаються на дерново-підзолистих ґрунтах, дещо менші – на сірих лісових ґрунтах і найнижчі – на чорноземах.

Техногенні радіонукліди надходять у ґрунтовий покрив переважно з атмосфери. Вже через декілька років після випадання радіоактивних речовин на земну поверхню більша їхня частина потрапляє у тканини рослин, а звідти – у корм тварин та їжу людини.

Інтенсивне поглинання ґрунтами радіонуклідів перешкоджає їхньому вертикальному пересуванню по ґрунтовому профілю та проникненню у ґрунтові води і підстилаючі гірські відклади. Так радіоактивні елементи на природних луках, сіножатях і пасовищах затримуються у верхньому шарі завтовшки 0-5 см, а на ріллі переважно в орному шарі.

Радіоактивне забруднення рослин і тварин. Ураження рослин радіонуклідами виявляється в гальмуванні швидкості росту, зниженні врожайності і репродуктивності, а в разі великих доз опромінення може статися їхня загибель.

В основі будь-якого радіобіологічного ефекту лежить реакція клітин на дію радіації. Під радіобіологічним ефектом розуміється відповідь певної живої клітини чи цілого багатоклітинного організму на опромінення (Гродзинський, 1989; 2000). До них відносять різні детерміністичні й стохастичні радіобіологічні ефекти: радіостійкість, радіочутливість, метаболічну виживаність, системні радіаційно-біохімічні перетворення і модифікації на рівнях ДНК, РНК, клітин і організмів.

Рослини забруднюються переважно аерозольним і кореневим шляхами. Особливості аерозольного шляху надходження полягає в тому, що під час осідання радіоактивних частинок з атмосферного повітря відбувається пряме забруднення надземної маси рослин (листя, гілок, стовбура тощо). Механізм засвоєння радіонуклідів коріннями подібний до поглинання основних поживних макро- і мікроелементів з ґрунту. Наприклад, ¹³⁷Сs є хімічним аналогом калію, а ⁹⁰Sr – кальцію.

Розмір накопичення радіонуклідів у рослинах залежить від їхніх біологічних особливостей. Рослини, які утримують більше кальцію, накопичують ⁹⁰Sr більше, а рослини, що відзначаються високим вмістом калію, вміщують більше ¹³⁷Сs. При цьому існує прямо пропорційна залежність між щільністю радіоактивного забруднення місцевості і накопиченням радіонуклідів у рослинах.

Природні і техногенні радіонукліди надходять у організм тварини, як і до організму людини, через органи дихання, шлунково-кишковий тракт і поверхню шкіри. Однак потенційний внесок від зазначених шляхів далеко не однаковий і може становити (у відносних одиницях): через шлунково-кишковий тракт – 1000, органи дихання – 1, шкіру – 0,0001 (Константінов, Журбенко, 2003).

Головне значення у опроміненні тварин має рівень радіоактивного забруднення рослин певної місцевості, притім надходження радіонуклідів в організм тварин з питною водою у декілька разів нижче, ніж із кормами. Подібно до рослин, тварини накопичують ¹³⁷Сs і ⁹⁰Sr як хімічні аналоги калію і кальцію.

Різні види організмів відчутно відрізняються за своєю здатністю витримувати великі дози радіації. Загалом ссавці мають найбільшу чутливість, далі йдуть плазуни і комахи. Мікроогранізми, особливо бактерії, є найбільш стійкі до опромінення.

Радіоактивне забруднення водного середовища. Рівень вмісту природних радіонуклідів у воді визначається кліматичними умовами і геологічною будовою певної місцевості. Природна радіоактивність вод визначається наявністю ⁴⁰К, ²³⁴U, ²³⁸U, ²²²Ra, ²³²Th та ін. Концентрація урану, радію і торію особливо велика у підземних водах.

Радіоактивність річкової води головно зумовлена радіоактивним калієм, вміст якого залежить як від хімічної сполуки гірських порід, що омиваються цими водами, так і від низки гідрометеорологічних чинників. Щільність радіонуклідів в озерних водах тісно пов'язана з хімічним складом води їхніх доплив і підземних вод. Вміст радіоактивних речовин у дощовій воді переважно невисокий, виняток становить ³Н, концентрація якого може досягати десятків пКі/дм³.

З урахуванням середнього вмісту солей у водах Світового океану (35 г/дм³) кількість калію становить 1 г/дм³, а його активність 11,8 Бк/дм³. Крім ⁴⁰К, у морській воді міститься значна частка інших радіонуклідів, а саме ⁸⁷Rb, ²³⁸U, ¹⁴C, ²²²Ra і ³Н.

Радіоактивні речовини, що містяться у водному середовищі, сприймаються, як і інші мінеральні елементи, рослинами і тваринами. Зауважимо, що інтенсивність накопичення радіонуклідів водними організмами перебуває у прямій залежності від температури води та кількості завислих речовин і в зворотній – від концентрації в них кальцію.