169146 (Рослинність України та вплив на неї антропогенної радіонуклідної аномалії)

План

Вступ

Розділ І. Антропогенна радіонуклідна аномалія — визначення та причини

І.1. Радіонукліди штучного походження

І.2 Природні радіонукліди

Розділ ІІ. Радіобіологічні ефекти у рослин

ІІ.1. Нагромадження радіонуклідів у компонентах фітоценозу

Розділ ІІІ. Тератогенез в зоні антропогенної радіонуклідної аномалії

ІІІ.1. Частотний аналіз морфогенетичних змін у рослин, що виростають у зоні підвищених рівнів хронічного опромінення

ІІІ.2. Відбудовні процеси у багаторічних рослин, які виростають у зоні радіонуклідної аномалії

ІІІ.3. Мутагенна дія

ІІІ. 4. Дія на рослини інкорпорованих радіонуклідів

Вступ

Розвиток атомної промисловості, випробування ядерної зброї, аварії на атомних реакторах різного походження призводять до локальних підвищень рівня діючих радіаційних доз і до глобального збільшення фону іонізуючих випромінювань. Істотне підвищення радіаційного фону на значних територіях викликала аварія на Чорнобильській атомній електростанції – найбільша в історії ядерної енергетики. Вона стала причиною забруднення радіонуклідами більше 100 тис. км² на території СНД, де мешкає близько 4 млн. чоловік.

Після аварії на ЧАЕС особливої актуальності набула проблема про тривалі й віддалені ефекти опромінення в низьких дозах. Існуючі експериментальні дані не дозволяють дати достатньо науково обґрунтований прогноз генетичної небезпеки підвищеного фону радіації в забруднених радіонуклідами районах. Ризик впливу на здоров’я людини малої кількості радіоактивних речовин, які містяться в повітрі, воді, грунті, їжі, недооцінюється приблизно в 100-1000 разів.

Актуальність теми. Серед численних антропогенних та природних чинників, які шкідливо впливають на біоценози та на людину, важливим залишається радіоактивне забруднення. Результати багатьох радіологічних досліджень свідчать, що значну небезпеку для людини створюють малі дози іонізуючого випромінювання.

Одним з головних наслідків Чорнобильської аварії є значні рівні та величезні масштаби забруднення довгоживучими радіонуклідами агроценозів з різноманітними екологічними характеристиками. Для сучасної, відновлювальної стадії поставарійного періоду основним механізмом забруднення сільськогосподарської продукції є надходження радіонуклідів в рослинну ланку з ґрунту.

Внаслідок надходження радіонуклідів у навколишнє середовище в процесі виробництва ядерної енергії дослідження міграції радіонуклідів у рослинах і ґрунтах залишаються надзвичайно актуальними. На особливу увагу заслуговують дослідження з вивчення поведінки рослин в умовах антропогенної радіонуклідної аномалії.

Розкриття системи взаємодій "ґрунт-рослина", що обумовлюють радіонуклідне забруднення продуктів харчування, є одним з основних в сучасній системі заходів, направлених на зменшення дозових навантажень людини.

Виявлена значна несталість нагромадження радіонуклідів рослиною та залежність від комплексу фізико-хімічних, кліматичних, геохімічних, та біологічних. Разом з тим залишаються маловідомими біологічні механізми, що визначають видоспецифічність нагромадження та його високу пластичність в залежності від факторів довкілля. Недостатньо визначеними є й радіаційні наслідки ґрунтового надходження радіонуклідів у трофічні ланцюжки за умов розмаїття природних характеристик та рівнів забруднення агроценозів. Кількісний аналіз внеску ґрунтового шляху у формування потоку радіонуклідів “ґрунт-людина” проведено у ряді сучасних екологічних дозових моделей. Вони застосовувалися для відповідних оцінок у гострому періоді радіоактивних випадінь та менш пристосовані до умов тривалої відновлювальної стадії, коли значну роль в формуванні та розвитку радіаційної ситуації починає відігравати різноякісність природних характеристик забрудненого середовища — клімат, тип ґрунту, рівень зволоження. Такі оцінки стають можливими при врахуванні комплексу факторів, що визначають інтенсивність включення радіонуклідів в рослину, як початкову ланку переважної більшості трофічних ланцюжків.

Унікальність радіоекологічної ситуації в Україні та значимість ланки "рослина" у визначенні радіаційних наслідків забруднення агроценозів обумовило напрямки досліджень при виконанні курсової роботи.

Відомо, що радіонукліди, після надходження у ґрунт, поглинаються його компонентами, в результаті чого їхні концентрації у ґрунті значно знижуються, в той же час вміст радіонуклідів у рослинності, може зрости у тисячі і десятки тисяч разів. Через це, знаючи основні параметри динаміки формування радіаційної ситуації і розподілу радіонуклідів в компонентах цих екосистем, можна з достатньою ймовірністю визначити розмір і скласти прогноз радіоактивного забруднення рослинності і, у разі необхідності, задіяти комплекс контрзаходів зі зниження існуючого рівня забруднення рослинних обєктів, що, відповідно, сприятиме зменшенню дозового навантаження на людину через шлях ґрунт-рослина-продукти харчування.

Мета і завдання дослідження. Мета роботи – визначення характерних рис антропогенної радіонуклідної аномалії, радіоекологічного стану та параметрів розподілу і накопичення радіонуклідів рослинами України

Для досягнення поставленої мети передбачалося вирішити такі завдання:

визначити характерні риси формування радіаційного стану та антропогенної радіонуклідної аномалії в рослинності України;

визначити параметри поглинання і перерозподілу ⁹⁰Sr , ¹³⁷Сs, ³Н рослинами та їх наслідки;

визначити особливості міграції радіонуклідів в агроценозах України;

Об’єкт дослідження. Шляхи та фактори формування радіаційного стану та аномальної радіонуклідної аномалії в рослинних екосистемах України; міграція штучних радіонуклідів в рослинах.

Предмет дослідження. Рослинність України та вплив на неї антропогенної радіонуклідної аномалії.

Методи дослідження. Загальнотеоретичні методи наукового пізнання, дослідження в галузі радіоекології та АПК, економіки природокористування та охорони навколишнього середовища. Для вирішення поставлених завдань використовувалися такі основні методи: монографічний (вивчення існуючих підходів до оцінки земель), абстрактно-логічний (теоретичні узагальнення та формування висновків) та метод узагальнення.

Практичне значення. Результати роботи допомагають зрозуміти спадкові зміни в рослинах при радіонуклідному забрудненні оточуючого середовища, поглиблюють знання про наслідки впливу низьких доз опромінення факторів у віддалені строки. Результати курсового дослідження можуть бути використані при розробці екологічних програм рослинності, а також, при подальшому дослідженні даної проблематики.

Структура курсового дослідження. Курсова робота складається зі вступу, трьох розділів, які в свою чергу містять підрозділи, висновків і списку використаних джерел та літератури.

Розділ 1. Антропогенна радіонуклідна аномалія — визначення та причини

Інтенсифікація промислового виробництва в другій половині XX ст. привела до появи на планеті великої групи антропогенних радіонуклідів. Їхня сумарна активність у середньому порівнянна з активністю природного радіоактивного фону, але на деяких ділянках техногенного радіоактивного фону може істотно перевищувати його. Антропогенні радіонукліди утворюють дві основні групи: штучні радіонукліди, одержувані в результаті ядерних реакцій, і природні, або природні радіонукліди (уран, торій і продукти їхнього розпаду), концентрація яких на земній поверхні різко зросла за рахунок екологічних процесів, пов'язаних з переміщенням їх з більш глибоких зон земної кори (наприклад видобуток урану). Цей розподіл умовний, оскільки легкі радіонукліди, які утворюються в природних умовах, можуть бути отримані й штучними шляхом наприклад, тритій утворюється в навколишньому середовищі (у результаті ядерних реакцій хімічних елементів з космічним випромінюванням) і в реакціях, штучно викликаних розподілом або синтезом ядер. Стронцій-90 також виникає в навколишньому середовищі при спонтанному розподілі урану-238 і може бути отриманий штучно. [3, 14-15]

1.1. Радіонукліди штучного походження

Штучні радіонукліди не властиві біосфері, вони з'явилися лише із середини XX ст. у результаті розвитку ядерних технологій військового й цивільного застосування.

Радіоактивні речовини, які утворюються в результаті ядерного вибуху, представлені в основному продуктами розподілу урану-238 і плутонію-239, що не вигоріли ядерним паливом і матеріалами з наведеною активністю.

Залежно від часу, що пройшов з моменту вибуху до осідання часток на земну поверхню, радіоактивні випадання діляться на три види.

1. Ближні, або локальні випадання представлені відносно великими (більше 100 мкм.) частками, що осідають на землю переважно під дією сили ваги. Локальні випадання починаються відразу після вибуху й тривають протягом наступних 12 діб, охоплюючи в міру переносу радіоактивної хмари вітром усе більш велику територію. У результаті локальних випадань на земній поверхні утворюється радіоактивний слід шириною в кілька десятків і довжиною в кілька сотень кілометрів. Великі частки, що осідають під дією сили ваги, попадають безпосередньо на земну поверхню, у т.ч. на рослинність і тварин, обумовлюючи їхнє поверхневе забруднення. Вважається, що при наземних ядерних вибухах мегатонної потужності на ближні випадання доводиться до 80 %, а при атмосферних близько 10 %.

2. Проміжні, або тропосферні випадання представлені дрібними частками (кілька мікрометрів і менш). Ці частки формуються в тропосфері, нижче тропопаузи, на висоті 1116 км. Період напіввиведення цих часток із тропосфери становить 2030 доби. На тропосферні випадання при наземних вибухах мегатонної потужності доводиться 5%.

3. Глобальні, або стратосферні випадання складаються із часток від декількох сотих до десятих часток мікрометра, що закидаються в стратосферу на висоту 1030 км. Звідти вони переносяться в тропосферу струминними плинами й циклональними вихрами або з повітряними масами через розриви в тропопаузі. У помірних широтах глобальні випадання з атмосферними опадами (вологі випадання) становлять 6070 % загальної суми радіоактивних випадань, інша їхня частина (3040 %) представлена сухими випаданнями. Глобальні випадання розподіляються по всій поверхні земної кулі.

Із глобальних випадань у водяний розчин переходить близько 50 % загальної кількості радіонуклідів, у водонерозчинній формі надходить до 95 % стронцію-90 і до 70 % цезію-137, у розчинній формі 30 % церію-144 і 40 % цирконію-95. З локальних і тропосферних випадань від атмосферних вибухів, представлених частками величиною до 20 мкм., у воді розчиняється до 30 % (в основному це радіонукліди йоду, цезію, стронцію, барію). [3, 22]

Кількість радіоактивних ізотопів, утворених при ядерних вибухах, що включаються в харчові ланцюжки, визначається не тільки тим, скільки їх випало з повітря, але також структурою екосистеми й особливостями біогеохімічних циклів. У цілому в малопродуктивних місцеперебуваннях значна частка опадів включається в харчові ланцюжки. В екосистемах з високою продуктивністю інтенсивність обміну речовин і більшою сорбуючою ємністю ґрунту або донних відкладень забезпечують таке розведення опадів, що в рослини вони попадають у відносно невеликій кількості. Радіоактивні опади (особливо стронцій-90 і цезій-137) доходять по харчовому ланцюжку до людини, але їхній зміст у тканинах організму людини ніколи не буває таким високим, як у тканинах тварин.

У результаті роботи реактора накопичуються продукти розподілу ядерного палива, продукти нейтронної активації й залишки вигорілого палива. Продукти розподілу утворюються переважно всередині тепловиділяючих елементів і там залишаються, вихід за межі оболонки цих обєктів мізерно малий для всіх радіонуклідів, крім тритію (через оболонки з нержавіючої сталі проникає близько 80 % тритію). До складу продуктів розподілу входять також інертні гази, летучі й нелетучі речовини. Всі вони є бета- і гамма-випромінювачами й мають періоди напіврозпаду від часток секунди так десятків років. Серед продуктів нейтронної активації також присутні радіонукліди різної сполуки й тривалості життя. Відпрацьовані тепловиділяючі обєкти витримують на території АЕС у спеціальних басейнах витримки для розпаду короткоживучих радіонуклідів, а потім відправляють на радіохімічні заводи для переробки. [24, 157]

При нормальній роботі АЕС надходження радіонуклідів у зовнішнє середовище не значне. Забруднення навколишнього середовища в результаті роботи радіохімічних заводів набагато серйозніше. Значний внесок у глобальне забруднення біосфери підприємствами ядерного паливного циклу (ЯТЦ) вносять вуглець-14, криптон-тритій і йод-129. Інші довгоживучі негазоподібні радіонукліди (стронцій-цезій-137, ізотопи трансуранових елементів), що надходять у навколишнє середовище з викидами підприємств ЯТЦ, розсіюються на обмеженій території, тобто створюють локальне забруднення.

Крім «планових» викидів, джерелом радіоактивного забруднення навколишнього середовища є аварії на ядерних реакторах. Основну небезпеку при цьому представляють продукти розподілу й нейтронної активації, що нагромадилися в активній зоні реактора. Умовою їхнього збереження усередині тепловиділяючих обєктів (твелів) є герметичність і достатнє охолодження твелів і кожуха. Перегрів палива й оплавлення активної зони реактора можуть відбутися лише в тому випадку, якщо кількість теплової енергії, виділюваної в процесі ядерної реакції, перевищить величину, яка знімається теплоносієм. Тоді теплоносій переходить у пару, що разом із хмарою газоподібних продуктів розподілу може привести до надлишкового тиску й вибуху. При руйнуванні захисного ковпака продукти розподілу й нейтронної активації разом з невигорілим паливом надійдуть у зовнішнє середовище й викличуть радіоактивне антропогенне забруднення природними радіонуклідами (торій-232, уран-238, 1-235, продукти їхнього розпаду, а також ка-40) може виникнути при витягу й переробці багатьох корисних копалин. У результаті цих процесів у біосфері зберігаються локальні ділянки з концентрацією радіонуклідів, які істотно перевищують природний радіоактивний фон. Такі ділянки відносять до розряду малоактивних забруднень. Однак участь у них довгоживучих природних радіонуклідів з дуже великим періодом напіврозпаду робить забруднення подібного роду небезпечними, оскільки вони можуть існувати практично нескінченно.

Подібна аномалія є постійним джерелом високоенергетичних короткоживучих радіонуклідів, серед яких особливу небезпеку представляють газоподібні ізотопи радію. Всі підприємства ядерного паливного циклу служать джерелами надходження радіонуклідів у навколишнє середовище, як у процесі виробництва, так і при їхньому зберіганні й похованні. Але основна кількість радіонуклідів надходить в атмосферу в процесі видобутку й переробки уранової руди, поділу ізотопів урану й виробництва ядерного палива. Локальне (у деяких випадках і глобальне) забруднення біосфери важкими природними радіонуклідами відбувається головним чином на першому етапі в процесі видобутку й переробки уранової руди. І хоча тут частка радіоактивного забруднення навколишнього середовища не перевищує 0,04 % забруднення, що дає повний ЯТЦ, саме видобуток і переробка радіоактивної сировини роблять загальний забруднюючий вплив на навколишнє середовище, з огляду на високу територіальну концентрацію виробництва.

1.2 Природні радіонукліди