Загрязнение и здоровье окружающей среды

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,

[pic]

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.

Количество радиоактивных изотопов, которые включаются в пищевые цепи и в

конце концов попадают в организм человека, определяется не только тем,

сколько их выпало из воздуха (что, как уже отмечалось, непосредственно

зависит от количества атмосферных осадков), но также структурой экосистемы

и природой ее биогеохимических циклов. В общем в малокормных местообитаниях

большая доля осадков будет входить в пищевые цепи. В богатой среде высокая

скорость обмена и большая запасающая емкость почвы или донных отложений

обеспечивают такое разбавление осадков, что в растения они попадают в

относительно небольшом количестве. Подушковидная растительность тощих почв,

такая, как моховые болота, заросли вереска, сообщества на выходах гранита,

альпийские луга и тундры действует как ловушка для осадков, ускоряя их

потребление животными.

УНИЧТОЖЕНИЕ ОТХОДОВ

Несмотря на всю серьезность проблемы осадков, потенциально еще более

серьезной является проблема уничтожения отходов, образующихся при

использовании атомной энергии в мирных целях. Экологическим аспектам

уничтожения отходов не уделяется достаточного внимания, а, между тем именно

они представляют собой лимитирующий фактор для полного использования

атомной энергии. Как утверждают украинские учёные, ядерная энергия «по

существу неисчерпаема», но преградой на пути к очень широкому получению

такой энергии являются, возникающие при этом побочные воздействия на

окружающую среду. Это еще одно выражение принципа, сформулированного в гл.

16: человека лимитирует не энергия сама по себе, а последствия загрязнения,

порождаемого эксплуатацией источников энергии.

Обычно рассматривают три категории радиоактивных отходов:

1. Высокоактивные отходы. Жидкости или твердые вещества, которые необходимо

хранить, так как они слишком опасны, для того чтобы, их можно было

выбросить в биосферу. При расщеплении каждой тонны. ядерного горючего

образуется около 400 л таких высокоактивных отходов. В 1969 г. в 200

подземных контейнерах на четырех полигонах по атомной энергии США хранилось

300-106 л таких отходов. Ежегодно требуется 60 000 м3 емкостей для новых

отходов; эта цифра будет возрастать по мере увеличения производства ядерной

энергии. Среди других способов избавления от отходов рассматриваются

следующие: 1) превращение жидкостей в инертные твердые вещества (керамику)

для захоронения в глубоких геологических горизонтах; 2) хранение жидких и

твердых отходов в глубоких соляных шахтах. Проблема осложняется тем, что

высокоактивные отходы выделяют большое количество тепла, которое может

расплавить стены соляных шахт или вызвать небольшие землетрясения, если оно

выделяется в разломах определенных типов.

2. Низкоактивные отходы. Жидкости, твердые вещества и газы, обладающие

очень низкой активностью, но занимающие слишком много места, чтобы хранить

их целиком. Поэтому их приходится рассеивать в окружающей среде, но таким

образом и в таких количествах, чтобы эта радиоактивность не вызывала

ощутимого повышения фона и не концентрировалась в пищевых цепях.

3. Отходы с промежуточной активностью. Их активность достаточно высока,

чтобы вызвать местное загрязнение, но достаточно низка, чтобы можно было

отделить высокоактивные или долгоживущие компоненты, а с основной массой

обращаться как с низкоактивными отходами.

Цикл уранового горючего на электростанциях состоит из следующих фаз:

I)добыча и измельчение; 2) очистка (химические реакции);

3) обогащение (повышение относительного содержания урана-235);

4) изготовление ядерных топливных элементов;

5) загрузка ядерного топлива в реактор;

6) регенерация расщепленного горючего;

7) захоронение или другой способ хранения отходов.

Хотя большая часть радиоактивных отходов образуется в реакторе, наиболее

трудны те проблемы переработки отходов, с которыми приходится сталкиваться

при регенерации, когда продукты деления удаляются из отработанных топливных

элементов. Регенерационные установки и, места захоронения расположены в

разных местах вне собственно атомной электростанции. Это означает

постоянную опасность аварий, возможных при перевозке отработанных элементов

или высокоактивных. отходов. Отходы с низкой и промежуточной активностью

возникают также в непосредственной близости от реактора (особенно при

утечках или поломках), а также при добыче и изготовлении топлива. Таким

образом,, на всем протяжении цикла существует .постоянная угроза

радиоактивного загрязнения среды. Чтобы свести эту угрозу к минимуму, около

атомной станции должны быть отведены обширные участки земли. Необходим, в

частности, достаточно обширный участок для захоронения в грунт, так как на

каждые 1500 м3 высокоактивных отходов или на 3000 м3 отходов с низкой или

промежуточной активностью требуется примерно 0,5 га.

[pic]

Фиг. 228. Захоронение в грунт высокоактивных жидких отходов.

Показано перемещение в почвах пустыни основных изотопов.

Такие участки должны постоянно находиться под наблюдением, чтобы исключить

возможность заражения поверхностных и грунтовых вод н воздуха (фиг. 228).

Позже мы рассмотрим требования к суше и воде в месте расположения атомной

станции и пере-' работки ее отходов.

До тех пор пока делящиеся материалы (уран, торий, плутоний и др.) будут

использоваться в качестве источника энергии, факторами, лимитирующими

использование теоретически «неисчерпаемых» источников атомной энергии,

будут оставаться большие количества отходов от продуктов деления (те же

самые радиоактивные изотопы, которые присутствуют в осадках) плюс следовые

количества расщепляемых материалов. Будет накапливаться очень много

«мегакюри» радиоактивных изотопов с большими периодами полураспада.

Ожидается, что используемые сейчас реакторы в ближайшие 15—20 лет будут

заменены реакторами-размножителями, в которых при каталитическом сжигании

урана-238, тория-232 и, может быть, лития-6 будет происходить

самовосстановление делящихся материалов. При этом значительно снизятся

потребности в горючем, но это не решит проблемы уничтожения отходов.

Предполагается, что когда-нибудь станет возможным использование энергии

синтеза. С продуктами деления тогда было бы покончено, но, увеличилось бы

количество веществ с наведенной активностью, в частности трития, который

мог бы загрязнить гидрологический цикл в глобальном масштабе. Паркер (1968)

подсчитал, что «если бы все атомные станции работали на реакции

термоядерного синтеза, то в результате образовавшегося в энергетике трития

доза загрязнения для всего земного шара к 2000 г. достигла бы недопустимого

уровня!» Дополнительное обсуждение проблемы радиоактивных отходов.

Если бы радиоактивные отходы не лимитировали использования атомной энергии,

то лимитирующим фактором стали бы тепловые отходы или, что более вероятно,

сочетание тех и других отходов создавало бы предельные ограничения со

стороны загрязнения. То, что сейчас называют тепловым загрязнением, будет

„становиться все более серьезной проблемой, так как, согласно второму

закону термодинамики, при любом превращении одной формы энергии в другую в

качестве побочного продукта образуется бесполезное тепло. Переход от

минерального горючего к атомному до некоторой степени уменьшает загрязнение

воздуха, но при этом возрастает загрязнение воды, особенно тепловое. Так,

при производстве 1 кВт-ч электроэнергии на тепловой станции тепловые отходы

в атмосферу и в воду, используемую для охлаждения, составляют

соответственно 400 и 135 искал, а на современной

атомной электростанции — 130 и 1900 ккал. Таким образом, атомная

электростанция средних размеров, производящая 3000 МВт электроэнергии,

производит также тепловые отходы с интенсивностью свыше 5-Ю9 ккал/ч.

Охлаждающая способность поверхности воды варьирует в зависимости от ветра и

температуры воды от 7 до 36 ккал в 1 ч на 1 м2 на каждый градус (1 °С)

разницы между температурой воды и воздуха. Следовательно, для рассеяния

тепла требуется большая водная поверхность, что-то порядка 0,6 га на 1 МВт

в местностях с умеренным климатом, или 1800 га на электростанцию мощностью

3000 МВт. В одном отчете1 в 1970 г. рекомендовалось каждой атомной

электростанции мощностью 2400 МВт отводить 450 га для самой станции и

хранения радиоактивных отходов и около 3000 га водной поверхности для

охлаждения. Соответственно если выбрать второй вариант стратегии

уничтожения отходов, то для каждой электростанции умеренных размеров

придется отвести площадь минимум 4000 га. Это соответствует концепции зоны

переработки отходов (фиг. 219) и предусматривает использование тепловых

отходов для разведения рыбы или для других полезных целей.

Применение мощных охлаждающих устройств, таких, как градирни, позволило бы

сократить необходимое пространство, но довольно дорогой ценой, так как это

означало бы выбор дорогостоящего третьего варианта стратегии уничтожения

отходов. Как и в отношении других отходов, всегда кажется заманчивым

использовать для охлаждения океаны, но отчет другой специальной группы2

предостерегает, что океаны нельзя больше рассматривать как свалку для всех

порожденных человеком отходов. Хотя почти все предсказывают, что проблема

локального теплового загрязнения будет все более обостряться, мнения

относительно era конечного влияния на глобальный тепловой баланс

расходятся.

Локальные вредные воздействия теплового загрязнения на водные экосистемы

таковы:

1)повышение температуры воды часто усиливает восприимчивость организмов к

токсичным веществам (которые, несомненно, должны присутствовать в

загрязненной воде);

2) температура может превысить критические величины для «степотермных»

стадий жизненных циклов;

3) высокая температура благоприятствует замене популяций обычной флоры

водорослей менее желательными сине-зелеными;

4) при повышении температуры воды животным нужно больше кислорода, а в

теплой воде его содержание понижено.

БУДУЩЕЕ РАДИОЭКОЛОГИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИИ

В этой краткой лекции мы пытались показать, что проблемы радиоактивного и

теплового загрязнения окружающей среды, связанного с использованием

ядерной энергии, будут углублять и так уже серьезные ограничения,

накладываемые разного рода загрязнениями на дальнейшее развитие

«индустриализованного» человека. Вместе с тем мы отметили и те необычайно

привлекательные возможности, которые дает исследователю метод радиоактивных

изотопов. До настоящего времени радиационная экология занималась

преимущественно описанием и разработкой методик, но теперь настало время,

когда ей следует внести свой вклад, и притом значительный, в теорию

экосистем. Радиационные методы предлагают .мощные средства для решения двух

основных проблем экосистемы; о связи однонаправленного потока энергии с

круговоротом веществ и о взаимодействии физических и биологических

.факторов в регулировании экосистемы. Только при глубоком понимании всех

этих вопросов человек сможет сам обнаруживать собственные) ошибки и

исправлять все те нарушения в системах жизнеобеспечения, которые вносит в

биосферу безудержное развитие техники. В не слишком далеком будущем

радиоэколог, вероятно, будет участвовать в решении вопросов о том, когда

сохранять, а когда рассеивать отходы атомной эпохи. Ведь кому же, как не

экологу, знать, чего можно ожидать в биологической среде обитания!

-----------------------

[pic]

Страницы: 1, 2, 3