Естественный и технологически измененный радиационный фон геосистем. Слабые световое и тепловое загрязнения.

Естественный радиационный фон геосистем определяется наличием двух источников: внешнего - космического излучения и земного - излучение радионуклидов, присутствующих в земной коре.

Космическое излучение разделяют на первичное (высокоэнергетические излучения, приходящие в атмосферу Земли из космоса) и вторичные (результат взаимодействия первичного космического излучения с веществом атмосферы, приводящего к образованию вторичных частиц и электромагнитного излучения). При вхождении высокоэнергетических частиц в атмосферу они реагируют с ее веществом, что приводит к образованию различных вторичных частиц, энергия которых достаточна для инициирования новых ядерных реакций с ядрами азота и кислорода.

Излучение ионизирующих излучений в приземном слое воздуха обусловлено присутствием в почве и атмосфере - излучающих радионуклидов. Основной вклад в формирование радиационного излучения геосистем вносит ?- излучающие нуклиды уранорадиоевого и ториевого рядов, а также 40К.

Технологически измененный естественный радиационный фон геосистем

С деятельностью человека связано не только появление во внешней среде искусственных радионуклидов и повышение искусственного фона излучения геосистем. В результате различных технологических процессов естественное радиационное излучение геосистем может корректироваться, так как вследствие антропогенного влияния происходит перераспределение естественных радионуклидов в биосфере и увеличение интенсивности вовлечения их в экологический и технологический круговорот веществ в природе.

Возрастание естественного радиационного фона вследствие интенсификации вовлечения естественных радионуклидов в круговорот может быть связано как с атомной промышленностью (извлечение уранового сырья на горнодобывающих предприятиях, его переработка и обусловленное этим выведение естественных радионуклидов в окружающую среду), так и неядерными отраслями промышленности. Для оценки изменения естественного радиационного фона под влиянием хозяйственной деятельности человека предложен термин технологически повышенный естественный радиационный фон.

При этом имеется в виду изменение естественного фона только за счет перераспределения естественных радионуклидов в биосфере, а не вследствие выведения в среду искусственных радиоактивных веществ. В некоторых случаях понятие "технологически повышенный естественный радиационный фон" используется только для неядерных отраслей промышленности. Основными источниками технологически повышенного естественного радиационного фона в последнем случае являются уголь (прежде всего сжигаемый на электростанциях), используемые в хозяйстве природный и сжиженный газ, минеральные удобрения в сельском хозяйстве, воды с повышенным содержанием естественных радионуклидов.

Миграция радионуклидов в биосфере

Использование ядерной энергии в мирных целях сопровождается выведением определенного (строго контролируемого) количества искусственных радиоактивных веществ в окружающую среду, а в некоторых случаях также изменением темпов миграции естественных радионуклидов вследствие техногенной деятельности человека. Поступившие в биосферу искусственные радионуклиды вместе со стабильными нуклидами принимают участие в миграции химических веществ в природе.

Интерес к изучению закономерностей миграции радионуклидов во внешней среде прежде всего связан с тем, что они являются источниками ионизирующего излучения.

Появление в биосфере искусственных радионуклидов и их включение в биогеохимические процессы миграции наряду с антропогенным усилением круговорота естественных радионуклидов должны рассматриваться в двух аспектах. Первый аспект - радиоэкологический: мигрирующие в природных биогеоценозах радионуклиды служат источниками излучения, приводящего к различным радиационным эффектам в природной среде непосредственно в местах выведения радионуклидов (например, участках их сброса). Второй аспект можно назвать комбинированным радиоэкологическим и радиационно-гигиеническим: поступившие в определенные компоненты геосистем искусственные или естественные радионуклиды (в последнем случае имеется в виду изменение скорости миграции естественных радиоактивных веществ за счет различных технических процессов) как источники излучения не производят заметных изменений собственно в месте введения во внешнюю среду, однако в результате радиоэкологических процессов переноса происходит аккумуляция радионуклидов в некоторых звеньях их миграции (так называемые радиоэкологические процессы концентрирования).

При мировом использовании ядерной энергии, если исключить рассмотрение аварийных ситуаций, миграцию радиоактивных веществ следует рассматривать преимущественно во втором аспекте, так как количества рассеиваемых в природной среде радионуклидов относительно малы, чтобы вызвать без предварительного радиоэкологического концентрирования прямые радиационные изменения в местах выведения радионуклидов.

Поступившие во внешнюю среду в результате деятельности человека естественные и искусственные радионуклиды включаются в биогеохимические циклы круговорота, основные особенности которых определяются, прежде всего, свойствами самой среды. Передвижение радионуклидов в отдельных составных частях Земли - ее оболочках, или геосферах зависит от влияния различных факторов, которые в общей форме можно разделить на биотические и абиотические. Так, в атмосфере радионуклиды перемещаются, главным образом, вследствие влияния физических и механических процессов, однако после выпадения радиоактивных веществ на дневную поверхность в компоненты геосистем, где важную роль играют живые организмы, доминирующие значение в переносе радиоактивных веществ имеют процессы экологического усвоения радионуклидов.

Атмосфера: Атмосфера Земли - важный первичный резервуар, откуда радионуклиды поступают на сушу и в гидросферу (выбросы радиоактивных веществ из труб ядерно-энергетических установок, оседание радионуклидов из воздуха после воздушных ядерных взрывов и т.п).

Выведенная в атмосферу радиоактивная примесь подвергается быстрому рассеянию вследствие турбулентности атмосферы. Степень турбулентности атмосферы изменяется в широких пределах в зависимости, в первую очередь, от температурной стратификации и определяется как функция размеров и скорости потоков, а также от динамической вязкости и плотности воздуха с помощью числа Рейнольдса: (Re): Rе= инерция/вязкость.

Одним из наиболее типичных случаев выброса радиоактивной примеси в воздушный бассейн является поступление радиоактивных веществ из вентиляционных труб АЭС. В радиоэкологическом аспекте значительный интерес представляет концентрация радионуклидов на определенном расстоянии от трубы в месте выпадения примеси из воздуха. Современной метеорологией созданы физико-математические модели переноса радионуклидов в приземном слое атмосферы, базирующиеся в основном на теории турбулентной диффузии с учетом работ по диффузии Сеттона, Паскиля, Гиффорда, Чемберлена и др.

"Судьба" радиоактивных веществ в атмосфере зависит от ряда факторов. В частности, после выброса радиоактивных веществ происходит их осаждение под влиянием разных механизмов, основные из которых гравитация, удаление атмосферными осадками (дождем или снегом), импакция на поверхности, электростатическое притяжение, а также адсорбция и химическое осаждение.

Важный процесс удаления радионуклидов из атмосферы - вымывание. Коэффициент вымывания частиц размером от 0,1 до 1 мм очень мал; он повышается для более мелких и более крупных частиц. Вымывание газов, вступающих в реакцию с водой, подчиняется уравнениям молекулярной диффузии. Эффективность удаления аэрозолей снегом по сравнению с дождем при одной и той же интенсивности осадков в несколько раз выше, а эффективность вымывания мелкокапельными осадками больше, чем крупнокапельными. Радиоактивная примесь удаляется твердыми и жидкими осадками из атмосферы приблизительно в прямо пропорциональной зависимости от количества осадков.

ГИДРОСФЕРА. Водная оболочка планеты является важнейшим депо естественных и искусственных радионуклидов. В водную среду поступают радиоактивные отходы, а также радиоактивные вещества, оседающие на сушу. В моря и океаны радионуклиды мигрируют с твердым и жидким стоком. В ядерно-энергетических установках используются для охлаждения довольно большие объемы воды, в которые также могут переходить искусственные радионуклиды (например, радиоактивные продукты коррозии). Атомные электростанции сооружают, как правило, на берегах морей, океанов, крупных водоемов и водных артерий, что не исключает попадания искусственных радионуклидов в водную среду в аварийных ситуациях. Растет количество судов с ядерными энергетическими установками, что тоже может быть источником радиоактивных веществ, переходящих в водную среду.

Моря и океаны, занимающие 2/3 поверхности планеты, служат важнейшим резервуаром естественных и искусственных радионуклидов. Существует мнение, что плотность выпадения искусственных радионуклидов на океаническую поверхность выше, чем на сушу, в частности для 95Zr, 95Nb, 103Ru, 106Ru - в 2-7 раз.

В морской среде целесообразно выделить две основные области, где поведение радионуклидов существенно отличается из-за различий в гидрологических, геохимических, экологических и других условий. Прибрежный океан включает в себя дельты и эстуарии рек, лагуны, водное пространство над континентальным шельфом, окраинные моря. Открытый океан - это большая его часть с глубиной более 1 км.

Поступившие на водную поверхность радионуклиды из атмосферных выпадений или сброшенные в поверхностный слой воды в Мировом океане радиоактивные вещества первоначально содержатся в верхних горизонтах толщи, затем постепенно мигрируют вниз. Наиболее детально изучено распространение по глубине радионуклидов глобальных выпадений. Так, распределение 90Sr в вертикальном профиле Атлантического океана свидетельствует о достаточно плавном снижении концентрации этого радионуклида с глубиной - на глубине 700 м его содержание составляет около 20-30% концентрации в поверхностном слое. Вопрос о переходе 90Sr в воды Мирового океана ниже 1 км выяснен в настоящее время недостаточно.