Главная страница Случайная страница
Разделы сайта
АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника
Изотопы в окружающей среде
|
|
Возникновение радиоактивных изотопов объясняется тем, что космические лучи, проникающие в атмосферу со скоростями, близкими к скорости света, сталкиваются с ядрами компонентов воздуха, движущихся со сравнительно небольшими скоростями, вызывают ядерные реакции превращения одного вещества в другое. Главными радиационными частицами являются тритий (31Н) и радиоуглерод (46С).
Наибольшую опасность из радиоактивных элементов представляют те, у которых период полураспада[15] составляет от нескольких недель и месяцев до нескольких лет (табл. 17), поскольку короткоживущие изотопы распадаются быстро и не успевают принести существенного вреда, а долгоживущие – слабо радиоактивны.
Таблица 17
Основные радиоактивные изотопы, имеющие значение для экологии (Рамад, 1981)
| Радиоизотоп (в скобках –стабильный изотоп) | Период полураспада | Излучение | ||
| α | β | γ | ||
| Группа А: Радиоизотопы элементов, составляющих основу живого вещества | ||||
| 14C (12C) | 5568 лет | + | ||
| 3H (1H) | 12, 4 года | + | ||
| 32P (31P) | 14, 5 сут. | +++ | ||
| 35S (32S) | 87, 1 сут. | + | ||
| 45Ca (40Ca) | 160 сут. | ++ | ||
| 24Na (23Na) | 15 ч. | +++ | +++ | |
| 42K (39K) | 12, 4 ч. | +++ | ++ | |
| 40K (39K) | 1, 3 млрд. лет | ++ | ++ | |
| 59Fe (56Fe) | 45 сут. | ++ | +++ | |
| 54Mn (55Mn) | 300 сут. | ++ | ++ | |
| 131I (127I) | 8 сут. | ++ | ++ | |
| Группа В: обильны в радиоактивных осадках, выбросах при авариях реакторов | ||||
| 90Sr (88Sr) | 27, 7 года | ++ | ||
| 137Сs (133Сs) | 32 года | ++ | + | |
| 144Сe (140Сe) | 285 сут. | ++ | + | |
| 106Ru (101Ru) | 1 год | + | ||
| 91Y (89Y) | 61 сут. | +++ | ++ | |
| 239Pu (244Pu) | 24000 лет | ++++ | ++ | |
| Группа С: Инертные газы | ||||
| 41Ar (40Ar) | 2 ч. | ++ | ||
| 85Kr (84Kr) | 10 лет | + | ||
| 133Xe (131Xe) | 5 сут. | +++ |
+ энергия меньше 0, 2 МэВ, ++ энергия 0, 2-1 МэВ, +++ энергия 1-3 МэВ, +++ энергия больше 3 МэВ.
Серьезную проблему представляют стронций–90 и цезий–137 благодаря своей способности к накоплению в человеческом организме. Стронций благодаря своему химическому сходству с кальцием очень легко проникает в костную ткань позвоночных, а цезий может накапливаться в мускулах, замещая калий. В организм человека цезий и стронций попадают с пищей. Средние содержания их в культурных растениях приведено в табл. 18 (один Бк соответствует одному распаду в секунду).
Таблица 18
Среднее содержание 90Sr и 137Cs (Бк кг–1 сухой массы) в культивируемых растениях (Зилов, 2006)
| Культура | 90Sr | 137Cs |
| Пшеница (зерно) | 2, 849 | 10, 730 |
| Рожь (зерно) | 2, 701 | 7, 400 |
| Ячмень (зерно) | 3, 108 | 6, 290 |
| Морковь | 0, 555 | 1, 887 |
| Капуста | 0, 469 | 2, 109 |
| Картофель | 0, 185 | 1, 406 |
| Свекла | 0, 666 | 1, 702 |
| Яблоки | 0, 333 | 1, 998 |
После газа радона-222 калий-40 занимает второе место в создании природного радиоактивного фона, за ним следуют уран, радий и торий.
Содержание этих радиоактивных элементов в различных породах приведено в таблицах 19, 20. Поскольку строительные материалы изготавливаются из природного сырья, практически все они также в разной степени радиоактивны.
Таблица 19
Распространение 40K в окружающей среде (Зилов, 2006)
| Источник | Бк кг–1 |
| Морская вода | 12–15 |
| Почвы | 37–1100 |
| Известняк | 30–40 |
| Гранит | 925–1200 |
| Базальт | 290–400 |
| Изверженные породы | 814–925 |
| Глинистые сланцы | 85–850 |
| Песчаники | 300–400 |
| Апатиты | 44–170 |
| Фосфатиты | |
| Фосфатно-калийные удобрения | |
| Азотно-фосфорно-калийные удобрения | 1200–5900 |
Таблица 20
Концентрации радиоактивных изотопов (Бк кг–1) в горных породах (Зилов, 2006)
| Тип породы | 238U | 226Ra | 232Th |
| Граниты | 96–114 | 81, 4 | |
| Диориты | – | 32, 5 | |
| Базальты | 18, 5 | 11, 1 | |
| Дюриты | 0, 4 | – | 24, 4 |
| Сланцы | 14, 8 | 44, 4 | |
| Алюминиевые сланцы | – | – | |
| Известняки | 14, 8–25, 9 | 7, 0–7, 7 | |
| Песчаники | 11, 1–25, 9 | 11, 1 |
Надо отметить, что опасность ионизирующей радиации для живых существ зачастую преувеличивается. Во-первых, она имеет пороговый уровень, ниже которого воздействие радиации на организмы не является вредным. Во-вторых, малые дозы радиации могут быть полезными (так называемый «эффект хормезиса»).
Так, исследования воздействия малых доз радиации на животных показали, что продолжительность жизни облученных мышей, крыс, собак оказалась дольше, они были более здоровыми и приносили более многочисленное потомство, чем животные, не подвергавшиеся облучению (Кондратьев, 1999). Сходные данные получены и для человека (Кузин, 1991). При малых дозах гамма излучения и быстрых нейтронов наблюдалось усиление роста водорослей, увеличение продолжительности жизни мышей и морских свинок. Хормезис проявляется в стимулировании восстановления ДНК, синтезе белков, образовании антистрессорных белков, обезвреживании свободных радикалов, стимулировании иммунной системы. У млекопитающих обнаружено усиление защитных реакций по отношению к опухолевым и инфекционным заболеваниям, в частности, лейкемией, раком (Кондратьев, 1999).
В сельском хозяйстве, например, ионизирующие излучения используются для повышения всхожести семян, ускорения развития и повышения урожая растений, повышения яйценоскости кур, стимуляции оплодотворяемости и выхода мальков в рыбоводстве (Кузин, 1981).
При обследовании жертв атомных бомбардировок Хиросимы и Нагасаки выяснилось, что у людей, подвергшихся облучению на уровне 100 мЗв[16], смертность от лейкемии была меньше, чем у контрольной группы.
В Норвегии природный радиоактивный фон обеспечивает среднюю дозу облучения людей за время жизни 365 мЗв, в некоторых местностях – до 1500 мЗв, в Индии и Иране есть районы, где эта доза возрастает до 2000 и 3000 мЗв, соответственно (Кондратьев, 1999). В России пороговым уровнем считается 70 мЗв (до 1991 г. был принят уровень 50 мЗв).
Многие курорты (например, в горах Швейцарии, Кавказа, Памира, Колорадо), наряду с благоприятными климатическими факторами, как правило, включают и фактор повышенного природного радиоактивного фона. Всемирно известные курорты Браубах, Висбаден, Баден-Баден (Германия), Бадгастайн (Австрия), Масутами-Спрингс (Япония), Цхалтубо, Пятигорск, Белокуриха и многие другие возникли вокруг источников с повышенным содержанием радона.
7.6.3. «Искусственная» радиоактивность
Что касается антропогенных радиоактивных факторов, опасных по своим последствиям, то они связаны главным образом с «искусственной» радиоактивностью. При ядерных взрывах большая часть изотопов образуется в результате деления урана-235, урана-238 и плутония-239. Известно, что через несколько десятков секунд после взрыва образуется примерно 100 различных изотопов, двадцать девять из которых вносят наибольший вклад в радиоактивность атмосферы через час, двадцать - через двое суток, а три - через 100 лет. Основные радиоактивные изотопы, встречающиеся в атмосфере в результате ядерных взрывов, приведены в табл. 21.
Таблица 21
Основные радиоактивные изотопы, обнаруживаемые в атмосфере после ядерного взрыва (Гусакова, 2004)
| Изотоп | 8938Sr | 9038Sr | 9540Zr | 13153 I | 13755Cs | 14056Ba | 14458Ce |
| τ 1\2 | 51 день | 27, 7 лет | 65 дней | 8 дней | 28, 8 лет | 12, 8 дня | 28 дней |
Мы можем прекратить испытания ядерного оружия, бороться с утечками радиации в процессе производства энергии на АЭС, мы можем принять меры по предотвращению аварий на них (самые известные – Уиндскейл, Англия, 1957 г., Три-Майл-Айленд, США, 1979 г., Чернобыль, СССР, 1986 г.).
Основной проблемой в радиационном загрязнении окружающей среды остается наше объективное бессилие сделать что-либо с радиоактивными отходами АЭС[17].
Пока мы можем только хранить их до снижения их активности, а потом рассеивать в Мировом Океане.
Контрольные вопросы
1. До каких пределов простирается атмосфера нашей планеты?
2. Каков состав незагрязненного воздуха?
3. Дайте характеристику основным примесям тропосферы.
4. Какие соединения являются предшественниками кислотных дождей? Приведите уравнения химических реакций.
5. Как влияют кислотные дожди на геохимическую подвижность алюминия?
6. Каков механизм воздействия кислотных дождей на строительные сооружения и архитектурные памятники?
7. Охарактеризуйте в целом влияние кислотных дождей на окружающую среду в целом.
8. Какие факторы предопределяют механизм образования смога?
9. Какие типы смогов Вам известны? Дайте сравнительную характеристику.
10. Как Вы себе представляете в общих чертах механизм образования озона?
11. Какую роль играет «азотный цикл» в образовании и разрушении озона?
12. Какую роль играет «водородный цикл» в образовании и разрушении озона?
13. В чем причины проявления «парникового» эффекта?
14. Какие атмосферные газы относят к «парниковым»? Почему?
15. Каковы последствия «парникового эффекта»?
16. Почему содержание трития и радиоуглерода в стратосфере значительно больше чем в тропосфере?
17. Какие процессы обуславливают естественную радиоактивность атмосферы?
18. Какие источники антропогенного характера влияют на радиоактивное загрязнение атмосферы?
Задачи
1. Концентрация SO2 в воздухе составляет 5 млн-1 (5 ppm). Выразите эту концентрацию в мг/м3 при температурах: а) 0 оС; б) 25 оС; в) -5 оС.
2. Концентрация СО в воздухе при температуре 20 оС и давлении 740 мм рт.ст. составляет 5 мг/м3. Выразите эту концентрацию в: а)об %; б) ррm.
3. Содержание основных компонентов атмосферного воздуха, % об: N2 - 78; O2 - 21; Ar – 0, 9. Сколько весит один кубометр воздуха при нормальных условиях?
4. Через озонатор пропущен кислород, плотность выходящего озонированного газа по кислороду равна 1, 1. Рассчитать объёмную долю озона в озонированном кислороде.
5. Рассчитать массу выделившегося в атмосферу SO2 при сгорании 1 т мазута, 1 т каменного угля, если содержание серы в них, соответственно равно 3, 0 и 1, 4% масс. Принять, что вся сера, содержащаяся в топливе, при его сгорании переходит в SO2. Сколько серной кислоты образуется из выделившегося количества SO2 в результате его последующей трансформации в атмосфере?
6. Сколько углекислого газа выделится в атмосферу при прокаливании 1 т известняка, содержащего 90% карбоната кальция в процессе получения негашеной извести, если разлагается 85% последнего?
7. При восстановлении водородом 750 г трихлорида мышьяка (промежуточный этап утилизации люизита – боевого отравляющего вещества) с содержанием основного вещества 95%, выделившийся HCl поглощен 20 л воды. Сколько хлористого водорода выделилось и какова концентрация соляной кислоты в поглотительной ёмкости?
8. При сжигании в горелке 1 м3 природного газа образуется до 150 мг формальдегида. Какова приблизительная масса 1 м3 природного газа? Сколько процентов природного газа ориентировочно превращается в формальдегид? Сколько углекислого газа и воды ориентировочно образуется при полном сгорании 1 м3 природного газа? Принять, что весь природный газ состоит из метана.
9. Период полураспада некоторого радиоактивного изотопа равен 3 ч. Какая масса его останется нераспавшейся через 18 ч, если первоначальная масса изотопа составляла 200 г?
10. Период полураспада изотопа 81Sr равен 8, 5 ч. Какая масса его останется нераспавшейся через 25, 5 ч, если первоначальная масса изотопа составляла 200 мг?
|
|