Радиоактивное загрязнение биосферы — в целом этот вид загрязнения представляет собой превышение естественного уровня содержания в окружающей среде радиоактивных веществ. Оно может быть вызвано испытаниями ядерного оружия, ядерными взрывами и утечками радиоактивных компонентов в результате аварий на атомных электрических станциях, на предприятиях по производству и обогащению ядерного топлива и ядерных боеприпасов при их транспортировке, при разрушениях на транспортных средствах с ядерным двигателем (надводные и подводные суда, космические аппараты и т. п.), на предприятиях по захоронению ядерных отходов, в исследовательских лабораториях, при добыче радиоактивных руд и т. д. В частности, при авариях на АЭС особенно резко увеличивается загрязнение среды радионуклидами (стронций-90, цезий-137, церий-141, йод-131, рутений-106 и др.).
Для количественной характеристики воздействия излучения на человека используют единицы - биологический эквивалент рентгена (бэр) или зиверт (Зв): 1 Зв = 100 бэр. Так как радиоактивное излучение может вызвать серьезные изменения в организме, каждый человек должен знать допустимые его дозы. В результате внутреннего и внешнего облучения человек в течение года в среднем получает дозу 0,1 бэр и, следовательно, за всю свою жизнь около 7 бэр. В этих дозах облучение не приносит вреда человеку. Однако есть такие местности, где ежегодная доза выше средней. Так, например, люди, живущие в высокогорных районах, за счет космического излучения могут получить дозу в несколько раз большую. Большие дозы излучения могут быть в местностях, где содержание естественных радиоактивных источников велико. Так, например, в Бразилии (200 км от Сан-Паулу) есть возвышенность, где годовая доза составляет 25 бэр. Эта местность необитаема.
Источниками радиоактивного загрязнения биосферы могут быть:
• выпадение радиоактивных аэрозолей, поступивших в стратосферу в результате испытаний ядерного оружия;
• выпадение радиоактивных изотопов, образовавшихся в результате уничтожения в высоких слоях атмосферы ядерных энергетических установок;
• отходы атомной промышленности, захороненные с нарушением технологии или потерянные при транспортировке;
• все виды стоков, сбросов и выбросов при работе и авариях на атомных электростанциях (АЭС), подводных и надводных судах с атомными двигателями;
• радиоактивные вещества, попавшие в биосферу в результате аварийных ситуаций и несчастных случаев, связанных с атомным оружием;
• неконтролируемые источники радиации (отходы урановых шахт, производства, на которых используются радиоактивные изотопы, заводы по переработке горючих веществ).
Радиоактивное загрязнение биосферы тем более опасно, что использование радиоактивных изотопов в промышленности и энергетике локализовано в районах с наибольшей плотностью населения.
Другим источником радиоактивного загрязнения биосферы являются радионуклиды, образовавшиеся в процессе работы атомных реакторов. По своему составу они близки к изотопам, образующимся при ядерных взрывах. При нормальной работе АЭС в окружающую среду поступают марганец-54, кобальт-58, кобальт-60, иод-131, цезий-134, цезии-137, стронций-89, стронций-90 и тритий. Основной путь их утечки из реактора — диффузия осколков деления через стенки тепловыделяющих элементов и проникновение через микротрещины в стенках и дефекты в соединениях. Наиболее заметно появление радионуклидов в окружающей среде при изменении нагрузки реактора, изменении давления в системе охлаждения и особенно при замене отработанных тепловыделяющих элементов на новые.
Стронций радиоактивный (89Sr, Sr и др.). Долгоживущий радионуклид 90Sr (период полураспада — 27,7 года) — один из важных компонентов радиоактивного загрязнения биосферы. При оценке загрязнения биосферы принято рассчитывать отношение 90Sr в стронциевых единицах (1 с).
Цезий радиоактивный (преимущественно, 137Cs; в меньшей степени 134Cs) — бета-гамма-излучающий радиоизотоп цезия; один из главных компонентов радиоактивного загрязнения биосферы (период полураспада — 30 лет). Содержится в радиоактивных выпадениях, радиоактивных отходах, сбросах заводов, перерабатывающих отходы АЭС. Интенсивно сорбируется почвой и донными отложениями. В организме животных концентрируется преимущественно в мышцах и печени.
АЭС являются наиболее чистыми среди других ныне действующих энергетических комплексов. Опасность радиоактивных отходов полностью осознается, поэтому и конструкция, и эксплуатационные нормы атомных электростанций предусматривают надежную изоляцию от окружающей среды по крайней мере 99,999% всех получающихся радиоактивных отходов.
Уголь обладает небольшой природной радиоактивностью. Так как на ТЭС сжигаются огромные объемы топлива, то ее суммарные радиоактивные выбросы получаются выше, чем у АЭС. Но этот фактор второстепенный по сравнению с главным бедствием от установки на органическом топливе, наносимом природе и людям, - выбросами в атмосферу химических соединений, являющихся продуктами сгорания.
Хотя АЭС экологически более чистые, чем просто электростанции, они таят в себе большую потенциальную опасность в случае серьезных аварий реактора. В этом мы убедились на примере Чернобыльской катастрофы
Радиационные загрязнения имеют существенное отличие от других. Радиоактивные нуклиды - это ядра нестабильных химических элементов, испускающие заряженные частицы и коротковолновые электромагнитные излучения. Именно эти частицы и излучения, попадая в организм человеку разрушают клетки, вследствие чего могут возникнуть различные болезни, в том числе и лучевая.
В биосфере повсюду есть естественные источники радиоактивности, и человек, как и все живые организмы, всегда подвергался естественному облучению. Внешнее облучение происходит за счет излучения космического происхождения и радиоактивных нуклидов, находящихся в окружающей среде. Внутреннее облучение создается радиоактивными элементами, попадающими в организм человека с воздухом, водой и пищей.
Наибольшую опасность представляет радиоактивное загрязнение биосферы в результате деятельности человека. В настоящее время радиоактивные элементы достаточно широко используются в различных областях. Халатное отношение к хранению и транспортировке этих элементов приводит к серьезным радиоактивным загрязнениям. Радиоактивное заражение биосферы связано, например, с испытаниями атомного оружия.
Во второй половине ХХ столетия начали вводить в эксплуатацию атомные электростанции, ледоколы, подводные лодки с ядерными установками. При нормальной эксплуатации объектов атомной энергии и промышленности загрязнение окружающей среды радиоактивными нуклидами составляет ничтожно малую долю от естественного фона. Иная ситуация складывается при авариях на атомных объектах.
В настоящее время все острее встает проблема складирования и хранения радиоактивных отходов военной промышленности и атомных электростанций. С каждым годом они представляют все большую опасность для окружающей среды. Таким образом, использование ядерной энергии поставило перед человечеством новые серьезные проблемы.
Химическое загрязнение
Химическое, или ингредиентное, загрязнение заключается в изменении химического состава среды: отклонении от нормального уровня концентраций характерных ингредиентов и появлении новых.
Современный состав атмосферы - результат длительного исторического развития земного шара. Состав атмосферы - кислород, азот, аргон, углекислый газ и инертные газы. Над городами и промышленными районами в атмосфере возрастает концентрация газов, которые обычно в сельской местности содержатся в очень небольших количествах или совсем отсутствуют. Загрязненный воздух вреден для здоровья. Кроме того, вредные газы, соединяясь с атмосферной влагой и выпадая в виде кислых дождей, ухудшают качество почвы и снижают урожай.
По данным ученых ежегодно в мире в результате деятельности человека в атмосферу поступает 25,5 млрд. т оксидов углерода, 190 млн. т оксидов серы, 65 млн. т оксидов азота, 1,4 млн. т фреонов, органические соединения свинца, углеводороды, в том числе канцерогенные, большое количество твердых частиц (пыль, копоть, сажа).
Глобальное загрязнение атмосферного воздуха сказывается на состоянии природных экосистем, особенно зеленого покрова нашей планеты. Кислотные дожди, вызываемые главным образом диоксидом серы и оксидами азота, наносят огромный вред лесным биоценозам. От них страдают леса, особенно хвойные.
Основная причина загрязнения атмосферы - сжигание природного топлива и металлургическое производство. Если в XIX и начале ХХ века поступающие в окружающую среду продукты сгорания угля и жидкого топлива почти полностью ассимилировались растительностью Земли, то в настоящее время содержание продуктов сгорания неуклонно возрастает. Из печей, топок, выхлопных труб автомобилей в воздух попадает целый ряд загрязняющих веществ. Среди них выделяется сернистый ангидрид - ядовитый газ, легко растворимый в воде. Концентрация сернистого газа в атмосфере особенно высока в окрестностях медеплавильных заводов. Он вызывает разрушение хлорофилла, недоразвитие пыльцевых зерен, засыхание и опадание листьев, хвои.
Химические загрязнители чрезвычайно разнообразны и имеют раз-личную степень опасности. Выделяют четыре класса опасности загрязняющих веществ: I – чрезвычайно опасные, II – высокоопасные, III – умеренно опасные и IV – малоопасные. При такой классификации с увеличением порядкового номера опасность убывает.
В результате сжигания различного топлива в атмосферу ежегодно выбрасывается около 20 миллиардов тонн углекислого газа. Антропогенные выбросы углекислого газа превышают естественные и составляют в настоящее время большую долю его количества, нарушают прозрачность атмосферы, а, следовательно, ее тепловой баланс. Половина диоксида углерода, образующегося при сгорании ископаемого топлива, поглощается океаном и зелеными растениями, половина остается в воздухе. Содержание углекислого газа в атмосфере постепенно возрастает и за последние 100 лет увеличилась более чем на 10%. Углекислый газ препятствует тепловому излучению в космическое пространство, создавая там так называемый «парниковый эффект», т.е. увеличение средней температуры атмосферы на несколько градусов, что способно вызвать таяние ледников полярных областей, повышение уровня Мирового океана, изменение его солености, температуры и другие неблагоприятные последствия. Таким образом, изменение содержания углекислого газа в атмосфере в значительной мере влияет на климат Земли.
Пыль также является одним из факторов загрязнений. Причины основных выбросов пыли в атмосферу – это пыльные бури, эрозия почв, вулканы, морские брызги. Около 15 – 20% общего количества пыли и аэрозолей в атмосфере – дело рук человека: производство стройматериалов, дробление пород в горнодобывающей промышленности, производство цемента, строительство. Промышленная пыль часто включает также оксиды различных металлов и неметаллов, многие из которых токсичны (оксиды марганца, свинца, молибдена, ванадия, сурьмы, теллура).
Пыль и аэрозоли не только затрудняют дыхание, но и приводят к климатическим изменениям, поскольку отражают солнечное излучение и затрудняют отвод тепла от Земли.
Попадание в верхние слои атмосферы оксидов азота и фреонов, широко применяемых в качестве аэрозольных распылителей и хладоагентов в холодильных установках, приводит к ослаблению озонового слоя, который не пропускает к поверхности Земли ультрафиолетовое излучение, губительное для всех живых организмов. В последние годы возникла необходимость принятия мер по защите озонового слоя.
Химические загрязнители могут вызывать острые отравления, хронические болезни, а также оказывать канцерогенное и мутагенное действие. Например, тяжелые металлы способны накапливаться в растительных и животных тканях, оказывая токсическое действие. Кроме тяжелых металлов, особо опасными загрязнителями являются хлордиоксины, которые образуются из хлорпроизводных ароматических углеводородов, используемых при производстве гербицидов. Источниками загрязнения окружающей среды диоксинами являются и побочные продукты целлюлозно-бумажной промышленности, отходы металлургической промышленности, выхлопные газы двигателей внутреннего сгорания. Эти вещества очень токсичны для человека и животных даже при низких концентрациях и вызывают поражение печени, почек, иммунной системы.