Введение
В 2006 году 26 апреля мир отметил печальную дату: ровно 20 лет назад для миллионов людей на планете вступил в свою страшную кульминацию атомный век. Этот один день вызвал переориентацию во взглядах человечества на мирную эксплуатацию атома. Начались многочисленные публикации в прессе об авариях на реакторах, о прошлых наземных ядерных испытаниях. Ядерные и, прежде всего, военные источники энергии, особенно в период наземных ядерных испытаний, ядерно-энергетических аварий (общее число которых более 150) [], несмотря на меньшую степень опасности вредного воздействия на население по сравнению с химическими факторами загрязнения среды и малую вероятность деформации атмосферы, гидросферы, почв, климата, растительного и животного мира, вызывают серьезную тревогу экологов. Даже при незначительных, по принятым критериям и накопленному опыту оценок (Хиросима – Нагасаки, Три–Майл-Айленд), размах радиоактивных загрязнений, спектры и энергия излучений от источников ядерного происхождения, характер их метаболизма в почвах, растительности, организмах значительно отличается от метаболизма естественных излучателей этого рода (40K, 238U). Такая биологическая и экосистемная новизна факторов выявляет при длительных хронических воздействиях на экосистемы и ее составляющие, в т.ч. обширные группы населения, ряд ранее неизвестных эффектов. Новизна таких открытий ведет порой к паническим заключениям, резко усиленным «чернобыльским синдромом» страха радиационных аварий. Размеры вреда, наносимого радиационным фактором ядерно-энергетического происхождения, превосходят, по мнению авторов, последствия всей суммы техногенных дорадиационных воздействий среды [].
Сама радиоактивность не является новейшим (чужеродным) компонентом среды. Современная мощность ее антропогенных воздействий изменяется в пределах не только геологического прошлого (первичных космических и земных излучений), но и современных естественных колебаний радиоактивности, связанных со структурами плит земной коры, высотой над уровнем моря, близостью к полюсам, периодами солнечной и геологической активности. Включение новейших по своим химическим свойствам и спектру излучений радионуклидов в состав среды меняет сформировавшиеся соотношения (баланс) поглощаемой радиации и ее спектров во всех звеньях экосистем, – от молекулярных до геопланетарных. Радионуклиды, продолжающие (по В.И. Вернадскому) «космические функции инициации жизни», избирательно накапливаются в активных звеньях экосистем в нехарактерных для устоявшихся на протяжении миллионов лет количествах. Такое перераспределение спектра и эффектов радиационных воздействий при резких различиях радиочувствительности взаимозависимых звеньев экосистем (сапрофитной микрофлоры – простейших – растительности – млекопитающих) может, привести к резким нарушениям экосистемного гомеостаза при отсутствии прямой связи с радиоактивностью среды. Вероятность таких реакций, разработка мер их профилактики и коррекции требуют знаний характера поведения радионуклидов ядерно-энергетического происхождения в среде и в частности в почве.
В 2006 году 26 апреля мир отметил печальную дату: ровно 20 лет назад для миллионов людей на планете вступил в свою страшную кульминацию атомный век. Этот один день вызвал переориентацию во взглядах человечества на мирную эксплуатацию атома. Начались многочисленные публикации в прессе об авариях на реакторах, о прошлых наземных ядерных испытаниях. Порождались, соответственно, многочисленные слухи и нелепые предрассудки, усиленные не до конца изученными факторами радиационного воздействия на экосистемы. Народ приходил порой к паническим заключениям, которые вылились во многом в «чернобыльский синдром».
Действительно, авария на ЧАЭС привела к выбросу в биосферу до 15 т радиоактивных веществ, что равно или даже превышает выброс за все годы испытаний атомного оружия в атмосфере. В целом, все ядерно-энергетические взрывы изменили равновесное содержание в атмосфере углерода-14 на 2,6%, трития почти в 100 раз. К концу испытаний ядерного оружия в атмосфере радиоактивное загрязнение на поверхности Земли на 2% превысило естественный фон [].
Тем не менее, на территориях естественных аномальных радиационных воздействий, превышающих внешние лучевые нагрузки фона в 5–10 раз, проживают на протяжении тысячелетий несколько десятков миллионов человек. На территориях резко повышенных внутренних и смешанных естественных лучевых воздействий от излучений почв, минералов, радионуклидов, проникающих в организм, – примерно столько же. Однако в большинстве случаев такие районы не только обжиты, но и считаются более здоровыми по сравнению с другими. Правда, как правило, это территории горно-складчатых периферических областей, высокогорий, где уменьшено влияние техногенного фактора. (Карпаты, Северные широты, Гималаи, Заполярье, Альпийский пояс и проч.)
Очевидно, что реакции на новейшие антропогенные воздействия радиации отличаются от реакций на аномальные естественные. Такие различия требуют расшифровки. Ф. Содди (1979), один из теоретиков ядерных реакций, писал о возможных биокаталитических влияний новых видов излучений, оказавшихся в распоряжении человечества: «…на высоких плато встречается большее разнообразие растительности, чем на уровне моря. После атомного взрыва в Хиросиме цветущая растительность заполнила все выжженное пространство». Такая же картина наблюдается и на территориях, подвергшихся воздействию аварии на ЧАЭС.
К сожалению, такие выводы мы извлекаем лишь после бездумных экспериментов над такой деликатной вещью как деление ядер. Познав преимущества от атомных электростанций, ядерной георазведки (которая впоследствии была признана нерентабельной), использования «меченых» изотопов, мы постигаем отрицательную сторону прогресса. Положение усугубляется тем, что наряду с мирной эксплуатацией атома, в нашей стране функционируют и закрытые от общества программы, ставящей целью использование реакций ядерного деления в военных целях. К ним можно отнести и ремонтные заводы, базы атомных кораблей, хранилища ядерного оружия и другие объекты. Там были зафиксированы случаи повышения радиоактивности или выявлены участки локального повышения радиоактивности. Данные по ним, как правило, не разглашаются, хотя последствий локальных загрязнений зарегистрировано не было. Нередко радиоактивность среды связана с халатностью работников исследовательских радиационных лабораторий разного профиля. Ярким примером этому может служить радиоактивная загрязненность Москвы. На территории города в ходе скрупулезных обследований, выполненных после чернобыльских событий, обнаружено до 80 мест нерегистрированных «захоронений» использованных радионуклидов. В целом за 10 лет ликвидировано до 600 «могильников» такого рода.
Практически любая населенная территория России при какой-либо серьезной аварии может подвергнуться радиоактивному загрязнению. В Волгоградской области таким источником потенциальной опасности может быть либо Нововоронежская АЭС (1971–1980), либо Балаковская (1985) или Волгодонская АЭС (2001). Как показывает практика прошлых лет, при неблагоприятных стечениях обстоятельств распространение таких загрязнителей может достигать глобальных масштабов. Главную проблему вызывает не сами ЧП, а их последствия. Актуальность темы обусловлено тем, что население не знает, какие первичные действия нужно предпринять для снижения радиационного фактора загрязнения. А наиболее качественные действия произойдут в том случае, если будут досконально исследованы все характеристики радиационного воздействия. Цель работы – изучение мер реабилитации агроценозов при радиационном воздействии.
1. Поведение долгоживущих радионуклидов в экосистемах
1.1 Почвенные процессы
Почвенные процессы обмена относятся к числу начальных (интимных) звеньев многофакторных экосистемных процессов, меняющихся при незначительных, в том числе и радиационных, изменениях среды. Уровни организации, а, следовательно, и радиочувствительности активных биологических начал почв (сапрофитных одноклеточных, растений, червей, насекомых) чрезвычайно различны. Поэтому внесение в почву дополнительного биологически активного радиационного фактора, с последующим расслоением ответов «повреждения – стимулы», может проявиться резким нарушением экосистемного гомеостаза. Почва, кроме того, является начальным звеном миграции радионуклидов по биологическим цепям с неизбежной конечной кумуляцией в организме человека. Возможны следующие источники загрязнения:
Взрывы ядерного оружия
Использованная на АЭС и заводах тяжелая вода (часто для охлаждения реакторов)
Радиоактивные отходы, в больших количествах накапливающиеся на заводах, производящих, перерабатывающих или использующих радиоактивные продукты.
Радионуклиды, отложившиеся на поверхности почв, под действием разных факторов могут перемещаться в любом направлении. Причиной «горизонтального» перемещения свежевыпавших радионуклидов может быть поверхностный сток после сильного дождя, отложившихся в снегу за зиму – смыв талыми водами. Установлено, что 90Sr, мигрирующий с талыми водами, почти полностью (82–100%) находится в катионной форме.
Вертикальная миграция радионуклидов по профилю почвы может быть следствием механического переноса частиц, на которых сорбированы радионуклиды, а также собственного перемещения в виде свободных ионов. На обрабатываемых сельскохозяйственных почвах радионуклиды сравнительно равномерно распределяются в пределах пахотного слоя. Некоторый механический перенос их с поверхности вглубь почвы возможен вследствие разрыхления ее дождевыми червями и землероющими животными.
Вертикальная миграция продуктов деления в целинной почве идет очень медленно. Установлено, что преобладающая часть осколочных радионуклидов прочно фиксируется в тонком слое верхнего горизонта почвы, и их вертикальное перемещение не превышает нескольких миллиметров в год. В целом можно считать, что 90Sr и 137Cs являются основными излучателями, формирующими почвенную радиоактивность, величина и характер которой зависят от радиационной емкости почв. Последняя складывается из ее физической сорбционной способности (зависящей от пористости, количества почвенного раствора в порах и его катионного состава); химической поглотительной способности (образования плохорастворимых соединений с элементами почв и горных пород); биологической поглотительной способности (включение в состав микрофлоры и дальнейших звеньев обмена на правах естественных фоновых аналогов, стабильных элементов).