Мониторинг радиационной обстановки

В нашей стране государственными службами проводятся регулярные измерения уровня радиоактивности в окружающей среде - радиологичес­кий мониторинг. По данным мониторинга, в последние годы на территории России концентрация долгоживущих бета-активных нуклидов в воздухе и выпадения их на земную поверхность из атмосферы практически не из­меняются. Экспозиционные дозы гамма-излучения на поверхности почв составляют на большинстве территории России величины порядка 10-15 мкР/ч. Однако в настоящее время отмечается кризисная ситуация - на территориях АЭС в России накопилось громадное количество отработан­ного ядерного топлива - радиоактивных отходов, которые некуда выво­зить. Эти отходы хранятся в не предназначенных для этого условиях и создают высокую экологическую опасность.

В отдельные дни наблюдается повышенное содержание радионуклидов в приземной атмосфере. На пунктах мониторинга радиоактивности ат­мосферы счетчики время от времени регистрируют случаи кратковре­менного многократного превышения над фоновым уровнем. Эти уровни высокого загрязнения обычно наблюдаются не более суток, и в большин­стве случаев их причиной являются естественные процессы распада при­родных тория и радия в земной коре.

Однако службами радиологического мониторинга обследованы далеко не все территории, где могут иметь место следы выпадений радиоактив­ных веществ. Свой вклад в изучение радиационной обстановки могут вне­сти специализированные лаборатории НИИ, кафедр вузов, а простейшие исследования в этом направлении можно проводить и в рамках школьного экомониторинга.

В школьных условиях для выявления следов выпадений радиоактив­ных осадков можно с помощью счетчика Гейгера периодически контро­лировать радиационную обстановку на территории своей местности. Та­кой мониторинг желательно проводить, определяя две характеристики -уровень фона и энергетический состав гамма-излучения. Изменение сред­него уровня фона на территории проживания будет сигнализировать об изменении на ней радиационной обстановки, а изменение энергетического состава - о появлении источников излучения с другим составом радиоак­тивных изотопов.

Методика проведения такого контроля на стандартном оборудовании школьного кабинета физики описана в главе 9 этой книги.

Единицы измерения, используемые в радиоэкологическом монито­ринге

1. Активность радионуклида (уменьшение числа ядер изотопа в единицу времени):

1 Бк (беккерель) = 1 распад/с. 1 Ки(кюри) = 3,7∙10¹⁰Бк.

2. Поглощенная доза излучения (энергия радиоактивного излучения, приходящаяся на единицу облучаемой массы):

1 Гр (грей) = 1 Дж/кг = 100 рад.

3. Эквивалентная доза облучения (поглощенная доза, с учетом действия на биологическую ткань):

1 Зв (зиверт) = 100 бэр (биологических эквивалентов рентгена).

4. Экспозиционная доза (мера действия ионизирующего излучения):

1 Р (рентген) = 0,88 рад = 2,58∙10^–4 Кл/кг.

5. Мощность дозы облучения - экспозиционной, эквивалентной, поглощенной (доза облучения, получаемая объектом в единицу времени):

1 Зв/с= 100 Р/с = 100 бэр/с.

1.1.4. Пестициды [35, 62]

Химические вещества, употребляемые для уничтожения тех или иных видов вредных организмов, называются пестицидами (от лат. pestis -зараза, caedo - убиваю).

При значительном ассортименте выпускаемых пестицидов большое значение имеет их классификация. Объединение препаратов по сходным признакам облегчает их выбор, способствует выработке и осуществле­нию более рациональных профилактических мероприятий.

Пестициды принято классифицировать по следующим признакам:

- цели и области использования (производственная классификация);

- способность проникать в организм вредителя, характер и механизм действия;

- химический состав;

- степень воздействия на теплокровных животных.

В зависимости от цели и области использования пестициды разделя­ются на следующие группы.

1. Акарициды - для борьбы с растительноядными клещами.

2. Альгициды - для уничтожения водорослей и другой сорной расти­тельности в водоемах.

3. Антигельминты - для борьбы с паразитическими червями у живот­ных.

4. Антирезистснты - для снижения устойчивости насекомых к отдель­ным веществам, специальные добавки.

5. Антисептики - для предохранения деревянных и других неметалли­ческих материалов от разрушения микроорганизмами.

6. Арборициды - для уничтожения нежелательной древесной и кустар­никовой растительности.

7. Аттрактанты - для привлечения насекомых.

8. Афициды - для борьбы с тлями.

9. Бактерициды - для борьбы сбактериями и бактериальными болез­нями растений.

10. Гаметоциды - вещества, вызывающие стерильность сорняков.

11. Гербициды - для борьбы с сорными растениями.

12. Десиканты - для предуборочного подсушивания растений.

13. Дефолианты - для удаления листьев.

14. Зооциды или родентициды - для борьбы с грызунами.

15. Инсектициды -для борьбы с вредными насекомыми.

16. Инсектоакарициды - для борьбы одновременно с вредными насе­комыми и клещами.

17. Ларвициды – для уничтожения личинок и гусениц насекомых.

18. Лимациды, или моллюскоциды - для борьбы с различными мол­люсками, в т.ч. и с брюхоногими.

19. Нематоциды - для борьбы с круглыми червями нематодами.

20. Овициды - для уничтожения яиц вредных насекомых и клешей.

21. Протравители семян -для предпосевной обработки семян.

22. Регуляторы роста растений - вещества, влияющие на рост и разви­тие растений.

23. Репелленты - для отпугивания насекомых.

24. Ретарданты - для торможения роста растений.

25. Синергисты - добавки, вызывающие усиление действия пестици­дов.

26. Феромоны - вещества, продуцируемые насекомыми для воздей­ствия на особей другого пола.

27. Фумиганты - вещества, применяемые,в паро- или газообразном состоянии.

28. Фунгициды - для борьбы с грибными болезнями и различными гри­бами.

29.Хемостерилизаторы – для химической стерилизации насекомых. Наиболее обширную группу веществ среди пестицидов как по объемам применения, так и по ассортименту составляют гербициды.

Применение пестицидов резко снижает потери урожаев сельскохозяй­ственных культур, в 2-3 раза сокращает затраты труда в сельском хозяй­стве, позволяет сохранять продукцию в гораздо большем-количестве. Зат­раты на пестициды в сельском хозяйстве в течение сезона окупаются в несколько раз. Высокая экономичность пестицидов обусловливает рост их применения. Мировой ассортимент пестицидных препаратов насчиты­вает более 100000 наименований на основе более чем 700 химических веществ, принадлежащих к самым различным классам соединений.

Признавая несомненный положительный эффект химического способа борьбы с сорными растениями, следует учитывать возможное побочное действие гербицидов на другие компоненты экосистем: на животный мир, культурные и дикорастущие полезные растения, атмосферу, почву, водо­емы. Уничтожение существенной части флоры химическим способом, помимо непосредственного токсического эффекта, сопровождается зна­чительным сокращением источников питания для фауны и микроорганиз­мов, что приводит к нарушению внутриценотических связей и в конечном итоге - к сдвигу экологического равновесия в биосфере.

Нежелательные последствия возникают чаще всего при системати­ческой обработке больших площадей и связаны с появлением как токси­кологических, так и экологических проблем. Наибольшую опасность пред­ставляют стойкие пестициды и их метаболиты, способные накапливаться и сохраняться в природной среде до нескольких десятков лет, что может вызывать загрязнение почв, водоемов, кормов, продуктов питания. При определенных условиях из метаболитов пестицидов образуются метабо­литы второго порядка, роль, значение и влияние которых на окружающую среду во многих случаях остаются неизвестными. Последствия неуме­ренного применения пестицидов могут быть самыми неожиданными, а главное - биологически непредсказуемыми; на смену одним вредным организмам часто приходят другие, которые вырабатывают иммунитет к препаратам и способны выживать даже после самых эффективных обра­боток. Для преодоления иммунитета устойчивых особей к пестицидам необходимо увеличивать дозу препаратов, а это усиливает опасность заг­рязнения окружающей среды.

Несоблюдение существующих правил хранения и применения пестици­дов, отсутствие строгого контроля за остаточным количеством их в по­чве, воде, кормах и пищевых продуктах приводит к печальным послед­ствиям - повышению заболеваемости болезнями органов дыхания, пече­ни, эндокринной и нервной систем, врожденных аномалий развития и т. д.

Вследствие миграции пестицидов с воздушными и водными потоками в биологическом круговороте веществ последствия токсического действия химических препаратов могут быть обнаружены на территории, где их никогда не применяли.

Объем применения пестицидов в нашей стране в последние годы су­щественно сократился, однако некоторая часть анализируемых образцов почвы все еще содержит повышенное количество пестицидов [43].

Глобальная тенденция возрастания объемов применения пестицидов, в частности гербицидов, обусловливает особую актуальность детального и всестороннего изучения и прогнозирования всевозможных изменений, воз­никающих в биосфере под влиянием этих веществ. Необходима прора­ботка эффективных мероприятий по контролю и предупреждению нежела­тельных последствий интенсивной химизации. С этой целью в России в 1996 г. введены новые нормативы содержания пестицидов в объектах ок­ружающей среды.

1.1.5. Нитраты [63, 64]

Нитратная проблема рождена XX веком, когда извечная проблема обес­печения населения продовольствием стала решаться не за счет увеличе­ния сельскохозяйственных угодий, а за счет интенсификации земледелия. Один из путей интенсификации - использование минеральных удобрений.

Еще в 1840 г. немецкий ученый Ю. Либих опубликовал принятую и се­годня теорию минерального питания растений. Он исходил из того, что в природе растения ежегодно частично или полностью отмирают, возвра­щая взятое ими из почвы. Человек же осенью увозит урожай в закрома. С любой тонной, например, кукурузной массы из почвы уносится 14 кг азо­та, почти 3,5 кг калия и 2,5 кг фосфора. И так повторяется из года в год на всех нивах. Чтобы земля не оскудела, люди должны восполнить потери питательных веществ. Интуитивно чувствуя это, крестьяне издавна вы­возили на поля и запахивали навоз, сеяли и в конце выращивания заделы­вали в почву корневые остатки многолетних бобовых трав. Либих предло­жил для восполнения потерь питательных веществ искусственные мине­ральные удобрения.

Первоначально применение минеральных удобрений, как правило, ска­зывается значительной прибавкой урожая. Однако удобрения, внесенные в чрезмерном количестве и с нарушением правил их применения, могут не только привести к снижению урожайности, но и оказаться токсичными, вредными для растений и почвы. Калийные удобрения почти всегда содержат бор в концентрациях, вредных для растений. Фосфорным удобре­ниям часто сопутствуют соединения фтора, избыток которого ухудшает плодородие почвы, снижает продуктивность растений, угнетает развитие животных и вреден для человека.

В определенных условиях искусственные удобрения через съеденную пищу, выпитую воду отравляют организм человека и животных. Уже в наши дни в Воронежском заповеднике погибла почти половина бобров - в питомнике им скормили столовую свеклу, в которой содержание нитратов в 30 раз превышало допустимый уровень.

Недавно вскрылся еще один «минус» применения минеральных удоб­рений - ущерб и биосфере. Фосфор, азот и калий, попадая с полей вместе с талыми и дождевыми водами в окрестные водоемы и реки, стимулиру­ют бурное развитие фитопланктона, который поглощает кислород и выде­ляет при интенсивном размножении сероводород и аммиак. А в итоге гибнет рыба – и вода становится непригодной не только для питья, но и для купания. А двадцать лет назад появились публикации о влиянии мине­ральных удобрений на ... озоновый слой планеты! От 10 до 50% азота удобрений после внесения их в почву превращаются в азот и оксиды азо­та. Оксиды азота в атмосфере реагируют с молекулами озона и тем са­мым уменьшают толщину невидимого защитного озонового слоя.

С 60-х гг. XX в. начались обширные испытания, направленные на гра­мотное применение как минеральных, так и органических удобрений. Эти исследования показали, что даже полная замена минеральных удобрений органическими не решает проблемы производства экологически чистой продукции. Например, непрерывное использование навоза, вносимого «на глазок» и «с запасом», значительно повышает уровень нитратов в почве, в грунтовых водах и в растениях.

В естественных условиях (например, в лесу) содержание нитратов в растениях небольшое, они полностью переходят в органические соедине­ния. Но если то же самое растение возделывается на чрезмерно удобрен­ном поле, то минеральных солей азота в нем может содержаться в десят­ки раз больше, чем в лесном. Это подтверждено с использованием радио­активного изотопа 15N.

Влияние нитратов на организм человека

Смертельная доза нитратов для взрослого человека составляет 8-15 г. Допустимое суточное потребление - 5 мг/кг. Человек относительно легко переносит дозу в 150-200 мг нитратов в день.

500 мг в день - предельно допустимая доза.

600 мг в день - токсичная доза для взрослых.

10 мг в день - токсичная доза для грудных детей.

При попадании большой дозы нитратов в организм может наблюдать­ся острое отравление. В наше время нередки случаи отравления дынями, арбузами и другими сельхозпродуктами с повышенным содержанием нит­ратов; возможно отравление питьевой водой за счет попадания повышен­ного количества удобрений в водные источники.

Нормы содержания нитратов в овощах

В Институте почвоведения и фотосинтеза АН России установлены мини­мальные и максимальные количества нитратов в овощах (табл. 1-П).