ECOLOGY (741238), страница 7

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 7)

Здесь нам нужно обратить внимание на порядок величины доз есте­ственного, или фонового, излучения, к которым организмы, так сказать,, привыкли. Радиационный фон имеет три основных источника: 1) косми­ческие лучи; 2) калий-40 in vivo (входящий в состав живых тканей) и 3) внешнее облучение от радия и других природных радиоактивных изотопов, встречающихся в горных породах и почве. Дозы, создаваемые каждым из этих трех источников, в пяти разных участках оцениваются следующим образом (в миллиардах в год).

Осадочные породы на уровне моря: Гранитная скала на уровне моря: Гранитная скала на высоте 3000 м: Поверхность моря: Море на глубине 100 м:

35+17+23= 75

35 + 17+90=142

100+17+90 = 207

35 + 28+ 1= 64

1+28+ 1= 30

Возможно, что для радиационных эффектов нет никакого порога. Генетики пришли к выводу, что для мутагенного действия излучения1 пороговой дозы не существует. В настоящее время мы прибегаем к вре­менным мерам, устанавливая «минимальные допустимые уровни» для дозы облучения и для количества разных радиоактивных изотопов в среде. Это неплохая практика, если при этом помнить, что такие допу­стимые уровни фактически не соответствуют никаким известным поро­гам. На самом деле в течение последних десяти лет «допустимые уров­ни» для человека дважды пересматривались в сторону снижения. В об­щем все понимают, что, поскольку человек, по-видимому, обладает самой высокой из всех живых существ чувствительностью к [излучению, все мы должны постоянно контролировать уровень радиации и сохра­нять ее на низком уровне в той микросреде, где человек фактически живет. Лаутит (1956) резюмирует эту точку зрения следующим образом: «Мы убеждены, что если человек обеспечит радиобиологическую защиту самому себе, то в остальном природа, за немногими исключе­ниями, также позаботится о себе сама». Это очень опасное переупроще­ние. Радиоактивное загрязнение почвы, океанов и других сред, в кото­рых человек фактически не живет, будет тем не менее влиять на необ­ходимую человеку систему жизнеобеспечения. Больше того, в разд. 4 и 5 этой главы приводятся данные, которые показывают, что любое радио­активное вещество с большим периодом полураспада, попавшее в среду в любом месте биосферы, рано или поздно попадет в организм чело­века. Чтобы оградить человека от радиобиологической опасности, мы должны достаточно заботливо относиться и к экосистеме.

Дифференциальная чувствительность к излучению в пределах одно­го вида используется для борьбы с насекомыми. Как отмечалось в гл. 16, разд. 7, радиационная стерилизация является одним из видов оружия в арсенале «интегральной» борьбы с вредителями. Самцов Ludlia macillaria, например, стерилизовали острой дозой около 5000 Р, что мало влияло на жизнеспособность и поведение этих мух. Стерилизо­ванные самцы, выпущенные в дикую шпуляцию, нормально спари­вались, но никакого потомства, конечно, от этого не получалось. Навод­нив природную популяцию большим количеством стерильных самцов, удалось подавить численность этого основного врага животноводства на юге Украины.

РАДИАЦИОННЫЕ ЭФФЕКТЫ НА ЭКОСИСТЕМНОМ УРОВНЕ

Сейчас во многих местах изучают влияние гамма-излучения на целые сообщества и экосистемы. В качестве источников гамма-излучения используют кобальт-60 или цезий-137 с активностью 10000 Ки или боль­ше, которые помещались на полях и в лесу—,в Брукхейвенекой нацио­нальной лаборатории на Лонг-Айленде (Вудвелл, 1962 и 1965), в тропи­ческом дождевом лесу в Пуэрто-Рико (Г. Одум и Пиджин, 1970 и в пу­стыне в Неваде (Френч, 1965). Влияние реакторов без защиты (которые испускают нейтроны и гамма-лучи) на поля и леса изучали в Джорджии и в Окриджской национальной лаборатории в Теннесси. В экологической лаборатории Саванна Ривер (Южная Каролина) использовали переносный источник гамма-излучения для изучения кратковременных влияний на самые разные со­общества. В Окриджской лаборатории много лет изучали сообщества озера, под­вергавшегося слабому хроническому облучению от радиоактивных от­ходов.

На фиг. 225 показано влияние источнинка гамма-излучения, поме­щенного в дубово-сосновом лесу в Брукхейвене (это тот же самый лес, продуктивность и биомасса которого отражены на фиг. 16). Каждые сутки источник излучения «работал» по 20 ч, а в течение остальных 4 ч производились наблюдения и брались пробы (на это время источник опускали в заэкранированый шурф). Градиент хронического облучения изменялся от 1000 рад в 10 м от источника до неулавливаемого прибора­ми превышения над фоном — в 140 м (кривая на фиг. 225, А). Самыми устойчивыми оказались осоки, несколько менее устойчивыми — некото­рые верески и злаки. Сосны значительно более чувствительны, чем дубы (у клеток сосен ядра более крупные, и они не дают новых побегов, если погибли терминальные почки). Замедление роста растений и уменьше­ние видового разнообразия животных отмечались даже при таких низ­ких уровнях, как 2—5 рад в сутки. Хотя дубовый лес и продолжал су­ществовать при достаточно высоком уровне облучения (10—40 рад в сутки), деревья были угнетены, а на некоторых участках стали вос­приимчивы к насекомым. Так, например, на второй год эксперимента на участке, получавшем ежесуточно около 10 рад, произошла вспышка чис­ленности дубовой тли; в этом участке тлей было более чем в 200 раз больше, чем в обычном (необлучавшемся) дубовом лесу.

В общем вдоль градиента облучения можно выделить 5 зон: 1) центральная зона, в ко­торой ни одно ,из высших растений не выживает; 2) зона осоки; 3} зона черники и паслена; 4) угнетенный дубовый лес и 5) интактный дубово-сосновый лес, в котором заметно некоторое угнетение роста, но нет погибших растений.

Фиг. 225. Влияние на дубово-сосновый лес градиента гамма-облучения от высокоактив­ного неподвижного источника.

Облучение производилось в течение 2 лет по 20 ч в сутки (объяснения — в тексте). А. Влияние длительного Y-излучения на состав растительного сообщества. Б. Доминирующие формы в сооб­ществе насекомых, населяющих облученный лес.

Сходные результаты получены в других иссле­дованиях, где лесную растительность подвергали действию ионизирую­щего излучения. После кратковременного интенсивного облучения, как у реактора без защиты в Джорджии, деревья верхнего яруса на вид казались мертвыми и появилась залежная растительность, состоявшая из однолетних трав и злаков. Однако в последующие годы

(если облучение не повторяли) многие из лиственных деревьев восстано­вились, дав вверх плотную поросль от корней и стволов (это говорит о том, что убиты были только надземные части). Возник некий вариант низкоствольной растительности, 'которая вскоре затенила всю залеж­ную растительность.

Хотя, как мы отметили в предыдущем разделе, относительную чув­ствительность разных видов высших растений можно предсказать, зная объем хромосом, другие факторы, такие, как форма роста или взаимо­действия между видами, могут модифицировать реакцию вида в интактном сообществе. Травянистые сообщества и ранние стадии сукцес­сии в общем случае более устойчивы, чем зрелые леса. Это происходит не только потому, что у первых многие виды имеют более мелкие ядра, но также и потому, что у них гораздо меньше «незащищенной» биомас­сы над грунтом; к тому же мелкие травянистые растения восстанавлива­ются гораздо быстрее, прорастая из семян или из защищенных подзем­ных частей (фиг. 178). Следовательно, такие признаки сообщества, как биомасса и разнообразие, играют роль в восприимчивости к облучению совершенно независимо от объема хромосом у отдельных видов.

Как и при всех других типах стресса, радиационный стресс вызы­вает уменьшение видового разнообразия. В другом эксперименте, прове­денном в Брукхейвене, на залежную растительность действовали дозой 1000 рад в день. Продукция сухого вещества в облу­ченном сообществе оказалась выше, чем в необлученном контроле, но видовое разнообразие катастрофически понизилось. Вместо обычной смеси многих видов разнотравья и злаков на облученной залежи вырос почти чистый травостой Panicum sanguinale (это, вероятно, не удивило бы горожан, которые борются с этой травой на своих газонах!).

СУДЬБА РАДИОАКТИВНЫХ ИЗОТОПОВ В ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЕ

Попадая в окружающую среду, радиоактивные изотопы достаточно часто рассеиваются и разбавляются, но они .могут также различными способами накапливаться в живых организмах и при продвижении по пищевой цепи. Эти способы мы ранее объединили под рубрикой «Биоло­гическое накопление» (см. стр. 99—100). Если скорость поступления ра­диоактивных веществ выше скорости их распада, то они могут просто накапливаться в воде, почве, осадках или воздухе. Иными словами, мы можем поставлять «природе», казалось бы, безобидное количество ра­диоактивности и получать ее обратно летальными порциями!

Отношение содержания некоторого радиоактивного изотопа в орга­низме к содержанию его в окружающей среде часто называют коэффи­циентом накопления. В химическом отношении радиоактивные изотопы ведут себя по существу так же, как и нерадиоактивный изотоп того же элемента. Таким образом, накопление радиоактивного изотопа в орга­низме не связано с его радиоактивностью, но просто демонстрирует в измеримой форме разницу концентраций данного элемента в среде и в организме. Некоторые из самых ранних данных о коэффициентах на­копления в водных и наземных пищевых цепях были получены на Ханфордском заводе Комиссией по атомной энергии на реке Колумбия, на востоке штата Вашингтон (Фостер и Ростенбах, 1954; Хенсон и Корн-берг, 1956; Девис и Фостер, 1958). Следовые количества искусственно полученных радиоактивных изотопов (32Р и т. п.) и продуктов деления (s°Sr, 137Cs, 1311 и т. п.) попадали в реку, пруды для накапливания отхо­дов и в воздух.

Фиг. 226. Накопление стронцня-90 в разных частях сети питания одного небольшого канадского озера, получающего низкоактивпые отходы. Цифры, указывают средние коэффициенты накопления относительно озерной воды, коэффициент накопления которой принят за единицу.

Концентрация фосфора в реке Колумбия была очень низкая, всего около 0,00003 мг на 1 г воды (т. е. 0,003: Ш3), но его концентрация в желтке яиц уток и гусей, получавших пищу из реки, составляла около 6 мг/г. Таким образом, 1 г яичного желтка содержит в 9-10е раз больше фосфора, чем 1 г речной воды. Мы не ожидали та­кого высокого коэффициента накопления радиоактивного фосфора, так как по мере его прохождения по пищевой цепи к яйцу должен был про­исходить распад (у этого изотопа короткий период полураспада), в ре­зультате которого его количество должно было уменьшиться. Такие вы­сокие коэффициенты накопления, как 1 500 000, отмечаются редко, в среднем они ниже {около 200000) (Хенсон и Корнберг, 1956). Уста­новлены коэффициенты накопления и для некоторых других изотопов: 250 для цезия-137 в мышечной ткани и 500 для стронция-90 в костях водоплавающих птиц (по отношению к концентрации этих изотопов в прудах для отходов, где кормились эти птицы). Концентрация радио­активного иода в щитовидной железе зайца в 500 раз выше, чем в ра­стущих другом растениях, которые в свою очередь накапливают этот изотоп, выбрасываемый в воздух из труб атомной станции. На фиг. 226 приведены коэффициенты накопления стронция-90 в разных звеньях водной сети питания вблизи другой атомной электростанции.

Радиоактивность не влияет на поглощение данного изотопа живой системой, однако после того, как изотоп попал в организм, он, конечно, оказывает вредное воздействие на активные ткани. Поэтому при уста­новлении «максимальных допустимых уровней» выброса изотопов в ок­ружающую среду следует делать поправку на «экологическое накопле­ние». Очевидно, следует остерегаться тех изотопов, которые имеют тен­денцию накапливаться в определенных тканях (как иод в щитовидной железе или стронций в костях), а также тех, которые обладают высокой активностью и длительным периодом полураспада. Кроме того, создает­ся впечатление, что коэффициенты накопления выше в малокормных местообитаниях, чем в кормных. В общем сле­дует ожидать больших тенденций к накоплению в водных экосистемах, чем в наземных, так как потоки питательных веществ в «жидкой» вод­ной среде более интенсивны,

Фиг. 227. Применение радиоактивных меток для составления схем пищевых цепей в интактных природных сообществах.

А. Введение метки в отдельное растение при помощи небольшого прокола на стебле. Б. Погло­щение метки на разных трофических уровнях. / ~-питающиеся нектаром; // — травоядные; /// — растения; IV — детритофаги; V — хищники. В. Схема сети питания, состоящей из дпул доминирующих БИДОН растений и потребляющих их травоядных. Дальнейшие объяснения — в. тексте.

ПРОБЛЕМА РАДИОАКТИВНЫХ ОСАДКОВ

Радиоактивную пыль, оседающую на землю после атомных взрывов, называют радиоактивными осадками. Эта пыль смешивается и взаимо­действует с атмосфере с частицами естественного происхождения и со все возрастающими искусственны­ми загрязнениями воздуха. Характер радиоактивных осадков зависит) от типа бомбы. Прежде всего надо четко различать два типа ядерного оружия; 1) в атомной бомбе происходит расщепление тяжелых элемен­тов, например урана или плутония, сопровождающееся выделением энергии и радиоактивных «продуктов распада»; в водородной бомбе, представляющей собой термоядерное оружие, легкие элементы (дейте­рий) соединяются, образуя более тяжелые элементы; при этом освобож­дается анергия и выделяются нейтроны. Так как для термоядерной реак­ции необходима очень высокая температура (миллионы градусов), то-реакция деления используется для «запуска» реакции Синтеза. В об­щем на единицу высвобождаемой энергии термоядерное оружие образу­ет меньше продуктов распада и больше нейтронов (создающих наведен­ную радиоактивность в окружающей среде), чем атомное оружие. Оста­точное излучение, часть которого широко рассеивается в биосфере и оставляет около 10% энергии ядерного ору­жия. Количество образующихся радиоактивных осадков зависит не только от типа и размера бомбы, но и от количества постороннего ма­териала, вовлеченного во взрыв.

Осадки, образующиеся при атомных взрывах, отличаются от радио­активных отходов тем, что порожденные взрывом радиоактивные изо­топы соединяются с железом, кремнием, пылью и всем, что оказывается поблизости, в результате чего получаются относительно нерастворимые частицы. Размеры этих частиц, часто напоминающих под микроскопом крошечные мраморные шарики разных цветов, варьируют от нескольких сот микрон до почти коллоидных размеров. Самые мелкие из них плот­но прилипают к листьям растений, вызывая радиоактивные повреждения ткани листа; если такие листья съедает какое-либо растительноядное животное, радиоактивные частицы растворяются в его пищеварительных соках. Таким образом, эта разновидность осадков может непосредствен­но включиться в пищевую цепь на трофическом уровне растительноядных, или первичных, констументов.

Радиоактивные осадки от небольших атомных бомб или ядерных взрывов, произведенных в мирных целях (строительство портов, кана­лов или вскрышные работы), ложатся на землю в виде узкой прямой полосы по направлению ветра, но некоторые мельчайшие частицы мо­гут уноситься на большие расстояния и выпадать с дождем далеко от места взрыва. Хотя общая радиоактивность уменьшается по мере увели­чения расстояния от места взрыва, уже давно было установлено, что некоторые радиоактивные изотопы, имеющие важное биологическое значение, особенно стронций-90, в наибольшем количестве обнаружи­ваются у диких животных на расстоянии 100—150 км от эпицентра взрыва (Нишита и Ларсон, 1957). Это объясняется тем, что у 90Sr есть. два газообразных предшественника (90Кг—>-90Rb—>-90Sr) и он образует­ся относительно нескоро после взрыва бомбы. Поэтому стронций-901 включается в мельчайшие частицы (менее 40 мкм), которые оседают вдали от эпицентра и легче включаются в пищевые цепи. Цезий-137 так­же имеет газообразных предшественников и является существенной со­ставной частью более легко растворимых «дальних осадков».

При взрывах больших мощных «мегатонных» бомб, которые весьма широко испытывались в начале 60-х годов, происходит выброс вещества в стратосферу, что привело к глобальному заражению с выпадением осадков по всему земному шару, которое будет продолжаться еще много .лет. Количество осадков, выпадающих в данной области, примерно про­порционально количеству атмосферных осадков. В Украине, например, к 1975 г. количество накопленного стронция-90 составляло во влажных районах (например, на западе в зоне листопадных лесов) около 80 мКи/км2, а в сухих районах ( степи ) —35 мКи/хм3.

Исследования, проведенные после испытаний ядерного оружия показали, что радиоактивные изотопы, вклю­чающиеся в пищевые цепи в океане, достаточно легко отличаются от включающихся в наземные пищевые цепи. В морских организмах в больших количествах обнаружены те радиоактивные изотопы, которые образуют прочные комплексы с орга­ническими веществами, например кобальт-60, железо-59, цинк-65 и мар-ганец-54 (все эти изотопы порождены нейтронной бомбардировкой), и те, которые присутствуют в виде частиц или коллоидов (144Се, 144Рг, S5Zr и 106Rh). В наземных растениях и животных, напротив, находят больше всего растворимых продуктов распада, таких, как стронций-90 и цезий-137. Так как именно в морских животных, но не в морских рас­тениях или наземных организмах была обнаружена наведенная актив­ность, накапливающаяся в детрите, можно думать, что это различие связано с преобладанием в пищевых цепях морских экосистем фильтра-торов и организмов, питающихся донными осадками. Это еще один при­мер того, что загрязнения могут миновать первый трофический уровень и включиться непосредственно в те звенья пищевой цепи, которые обра­зованы животными.

Характеристики

Список файлов реферата