АкушерствоАнатомияАнестезиологияВакцинопрофилактикаВалеологияВетеринарияГигиенаЗаболеванияИммунологияКардиологияНеврологияНефрологияОнкологияОториноларингологияОфтальмологияПаразитологияПедиатрияПервая помощьПсихиатрияПульмонологияРеанимацияРевматологияСтоматологияТерапияТоксикологияТравматологияУрологияФармакологияФармацевтикаФизиотерапияФтизиатрияХирургияЭндокринологияЭпидемиология

Глава 4. Загрязнение окружающей среды

Естественное радиоактивное излучение земного происхожде­ния вызывается распадом нестабильных атомных ядер и практи­чески полностью состоит из а(альфа)-частиц, р(бета)-частиц и у (гамма)-квантов. Из известных в настоящее время примерно 1700 видов атомных ядер (нуклидов) только 270 представляют собой стабильные изотопы, все остальные — подвержены радио­активному распаду. Нестабильные изотопы называются радио­нуклидами. Атомное ядро содержит частицы двух видов — поло­жительно заряженные протоны и не имеющие заряда нейтроны. Естественная нестабильность атомных ядер обычно обусловлена избытком нейтронов, поэтому радиоактивные изотопы сосредо­точены, главным образом, в нижней части таблицы Менделеева. Радиация космического происхождения и антропогенное радио­активное излучение, связанное с развитием атомной энергетики, широким использованием радионуклидов в медицине и про­мышленности и производством и испытаниями ядерного ору­жия, может, помимо перечисленных частиц, содержать потоки нейтронов, протонов и осколки атомных ядер.

При а(альфа)-распаде ядро испускает а-частицу (ядро ге­лия), состоящую из двух протонов и двух нейтронов. Так как ядро теряет при этом два элементарных заряда, то образуется до­чернее ядро, имеющее в таблице Менделеева номер, на две еди­ницы меньший, чем материнское ядро. При р(бета)-распаде один из нейтронов ядра превращается в протон, при этом из ядра вылетают (3-частица — электрон, обладающий большой ки­нетической энергией, и антинейтрино — нейтральная частица, возможно даже не имеющая массы покоя³⁴. Дочернее ядро полу­чает дополнительную единицу заряда и соответственно номер в таблице Менделеева на единицу больший, чем материнское ядро. Третий тип распада связан с захватом ядром одного из электронов внутренней электронной оболочки атома, в результа­те чего один из протонов ядра становится нейтроном. Дочернее ядро в этом случае имеет номер на единицу меньший материн-

³⁴ Нейтрино и антинейтрино (не путать с нейтроном!) столь малы и неулови­мы, что первоначально гипотеза об их существовании была высказана лишь на основе твёрдой уверенности физиков в незыблемости закона сохранения энер­гии. Эти частицы не имеют заряда, и до сих пор неизвестно, есть ли у них масса покоя. Потоки этих частиц во Вселенной очень велики, но они обладают огром­ной проникающей способностью и почти не захватываются материальными те­лами. Отсюда — их безвредность для живой ткани и огромные трудности экспе­риментального обнаружения.

144 Часть II. Природопользование и экологическая безопасность

ского. При всех типах распада дочернее ядро может остаться в возбуждённом состоянии. Возбуждённое ядро сбрасывает избы­ток энергии, испуская высокоэнергичный квант электромагнит­ного излучения — у(гамма)-квант с длиной волны короче 10~'² м. Скорости, и соответственно кинетическая энергия, испускаемых а~ и р-частиц велики: скорость а-частиц около 10⁷ м/с, а ско­рость электронов приближается к скорости света.

Скорости распада различных изотопов сильно различаются, а сам распад носит абсолютно случайный характер и в широчай­ших пределах не зависит от внешних воздействий — температу­ры, давления, электромагнитных и гравитационных полей и т. д. Когда количество атомов в образце изотопа велико, то распад в среднем происходит по закону

Чем меньше период полураспада, тем выше радиоактивность изотопа.

И радиоактивное, и рентгеновское излучение способны раз­рывать внутримолекулярные связи и вызывать образование ионов в окружающем веществе, поэтому их называют ионизирую­щим излучением. Именно способность к ионизации среды испо­льзовалась изначально для оценки интенсивности излучения. Для количественной характеристики активности источника из­лучения и интенсивности его воздействия были введены соот­ветствующие внесистемные единицы измерения, широко ис-

146 Часть II. Природопользование и экологическая безопасность

3 — для медленных нейтронов, 10 — для протонов и быстрых нейтронов, 20 — для а-частиц и осколков деления атомных ядер.

Если поглощённая доза выражена в радах, то соответствую­щей единицей эквивалентной дозы будет служить бэр (аббревиа­тура от «биологический эквивалент рада»).

С 1980 г. были введены в употребления следующие единицы измерения СИ:

Проникающая способность ионизирующего излучения суще­ственно зависит от его типа (рис. 4.11).

Проникающая способность у-квантов очень велика: их за­держивает только толстая свинцовая или бетонная плита. Поэто­му защита от внешнего гамма-излучения представляет наиболь­шие проблемы.

Бета-излучение обладает меньшей проникающей способно­стью. Электроны при наружном облучении способны проникать в ткани организма не более чем на 1—2 см. Защититься от этого излучения при внешнем источнике можно сравнительно легко. В принципе бета-частицы задерживаются плотной одеждой и неповрежденной кожей. Однако, когда бета-активные радионук-

Глава 4. Загрязнение окружающей среды 147

лиды попадают внутрь организма при дыхании {респираторным путём) или с водой и пищей, испускаемые ими бета-частицы интенсивно поглощаются внутренними тканями организма. Воз­никающие при этом в тканях организма разрушения значитель­но превосходят таковые от гамма-излучения.

Альфа-частицы легко задерживаются листом бумаги и верх­ним слоем нашей кожи — эпидермисом. Малая проникающая способность а-излучения означает его особо сильное воздейст­вие на облучаемые ткани — недаром для него К_о^ = 20 в форму­ле (4.7)! Поэтому попадание внутрь организма а-излучающих ве­ществ с водой, пищей или дыханием наиболее опасно.

Различные ткани организма обладают не одинаковой чувст­вительностью к радиационным повреждениям. Чтобы это учесть, для оценки уровня воздействия радиации на организм вычисля­ется (в зивертах или бэрах) эффективная эквивалентная доза, в которой дозы облучения органов и тканей рассчитываются с! различными коэффициентами, а затем суммируются. Установле­но, что наибольшей чувствительностью к облучению обладают ' хрусталик глаза, половые органы, молочные железы, лёгкие и костный мозг (основной орган кроветворения).

Эффективная эквивалентная доза отражает суммарный эф­фект облучения для всего организма, но характер поражения за­висит не только от типа и локализации облучения, но при внут­реннем облучении и от изотопного состава источника. Напри­мер, радиоактивные изотопы йода при попадании в организм: концентрируются в мало чувствительной к внешнему облучению щитовидной железе с самыми тяжёлыми последствиями. Изотоп стронция Sr⁹⁰, радий Ra (стронций и радий химически близки кальцию) и актиниды накапливаются в костях, а потому воздей­ствуют на костный мозг и состав крови, вызывая злокачествен­ную лейкемию (рак крови).

Основные механизмы воздействия излучения на ткани носят | двоякий характер. Во-первых, может нарушаться структура ДНК, то есть генетический аппарат клетки. Это непосредствен­но приводит к онкологическим заболеваниям и наследственным заболеваниям потомства (или к невозможности его иметь вооб­ще). Во-вторых, излучение ионизирует молекулы воды, содержа­щейся в тканях (напомним, что вода составляет примерно 75 % массы тела человека). При этом образуются свободные ОН-ра-дикалы, сильнейшие окислители, разрушающие молекулы бел­ков и других органических соединений. В силу того что клетки

148 Часть Н. Природопользование и экологическая безопасность

особо уязвимы в процессе деления, эмбрионы и дети наиболее чувствительны к облучению.

После прекращения наземных испытаний ядерного оружия в 1963 г. естественные источники радиации стали основным ис­точником облучения для подавляющего большинства жителей Земли. Уровень этого естественного радиоактивного фона сильно зависит от местности и конкретных условий жизни.

На уровне моря мощность эффективной эквивалентной дозы от космического радиационного фона составляет примерно 0,3 мЗв/год (1 мЗв = 10-³ Зв). Этот фон несколько повышается у полюсов из-за отклоняющего заряженные частицы магнитного поля Земли и в высокогорных местностях, где на высоте 2000 м мощность дозы от него достигает 1 мЗв/год. Пассажиры и эки­паж авиалайнера на высоте 10 км получают около 0,01 мЗв/час.

Радиационный фон земного происхождения создают радио­активные изотопы, содержащиеся в горных породах, и продукты их распада. К ним относятся радиоактивные изотопы калия К⁴⁰ и рубидия Rb⁸⁷, а также члены радиоактивных семейств, беру­щих начало от долгоживущих изотопов урана U²³⁸ и тория Тп²³², входящих в состав горных пород Земли с самого её образования. В среднем доза, получаемая жителями Земли от этого источни­ка, составляет примерно 1,7 мЗв/год.

Таким образом, суммарная доза, получаемая жителем Земли, составляет в среднем около 2 мЗв/год. Значительные группы на­селения Земли получают около 5 мЗв/год без всяких вредных последствий. Это значение и рекомендовано Международной комиссией радиационной защиты в качестве предельно допусти­мой дозы для населения в целом. Для ежегодного профессиона­льного облучения (врачи и медицинские сестры — рентгенологи, лица работающие с радиоактивными веществами, персонал атомных электростанций АЭС) установлено предельно допусти­мое значение 50 мЗв/год. Существенно, что указанные годовые дозы должны быть равномерно распределены по времени.

Живые организмы обладают прекрасными механизмами под­держания своего гомеостаза, в том числе компенсации любых вредных внешних воздействий. Иммунная система организма уничтожает клетки, разрушенные или повреждённые радиацией. Пока скорость возникновения повреждений меньше скорости работы компенсаторных механизмов организма, он справляется с повреждениями. Отсюда следует, что важна не столько сама получаемая доза, сколько мощность дозы. Наиболее опасно

Глава 4. Загрязнение окружающей среды 149

кратковременное, в течение минут, облучение большой интен­сивности. На рис. 4.12 показаны зависимости чувствительности различных биологических видов к мощному однократному облу­чению. При получении этих зависимостей считалось, что доза является смертельной, если организм млекопитающего погибает в течение 30 дней после облучения. Из рис. 4.12 видно, что ин­дивидуальная устойчивость к облучению внутри каждого вида

Рис. 4.12. Зависимости процентной доли особей, выживших после однократного одномоментного облучения, от эквивалентной дозы облучения. Высшие биоло­гические виды в десятки и сотни раз чувствительнее к облучению, чем членисто­ногие, простейшие, улитки и большинство бактерий. Человек — один из наибо­лее чувствительных к облучению биологических видов. Кривая для организма человека верифицирована по данным о лучевом поражении жителей Хиросимы и Нагасаки после атомных бомбардировок

150 Часть П. Природопользование и экологическая безопасность

имеет большой разброс. При дозе 3,5 Гр, равномерно распре­делённой по всему организму, погибает 10 % крыс с высокой чувствительностью к облучению, и в то же время 15 % крыс вы­живает при дозе в 7 Гр. Опасность однократного облучения можно характеризовать абсолютно летальной DL_IOO и среднесмер-тельной дозой DL₅₀ облучения (см. п. 4.1). Принято считать, что для человека DL₁₀₀ s 7 Гр и DL₅₀ = 3,5 Гр.

При мощности дозы, соответствующей природному фону, иммунная система абсолютного большинства людей способна полностью компенсировать лучевые повреждения тканей. По мере роста мощности дозы иммунная система перестаёт успевать справляться со своими обязанностями, и наиболее страшным следствием этого оказываются онкологические заболевания, ко­торые могут проявиться спустя много лет после облучения (рис. 4.13). Разовые дозы, превышающие 1 Гр, вызывают острую лучевую болезнь, при которой человек может погибнуть в тече­ние одного-двух месяцев в основном из-за поражения костного мозга. При разовых дозах, превышающих 5—7 Гр, смерть насту­пает в течение нескольких дней вследствие внутренних кровоиз­лияний и поражения центральной нервной системы.

Что касается генетических последствий облучения, то здесь частота мутаций у потомства, скорее всего, пропорциональна

Рис. 4.13. Относительная вероятность заболевания раком в результате получения однократной дозы в 1 Гр при равномерном облучении всего тела. Прежде всего развиваются лейкозы. Опухоли развиваются позже, и вероятность их возникнове­ния больше, но пока нет достаточной информации, чтобы уточнить эту кривую

Глава 4. Загрязнение окружающей среды 151

мощности дозы, полученной родителями, и, следовательно, лю­бое хроническое превышение над фоновым уровнем радиации увеличивает риск возникновения мутаций, которые могут пере­даваться из поколения в поколение. Согласно существующим оценкам, хроническое облучение с мощностью дозы 0,03 Гр/год человеческих особей мужского пола ведёт к появлению от 2000 до 15 000 случаев серьёзных генетических заболеваний на каж­дый миллион рождений. Вместе с тем не выявлено статистиче­ски значимого увеличения числа наследственных заболеваний у потомков лиц, подвергшихся кратковременному переоблучению. Для появления генетических аномалий облучение, видимо, дол­жно непосредственно воздействовать на половые клетки или за­родыш.

Главный вклад в фоновое облучение создаёт инертный ра­диоактивный газ радон естественного происхождения и продук­ты его распада. В природе встречаются два изотопа этого газа: Rn²²² входит в семейство изотопов радиоактивного ряда урана U²³⁸ (рис. 4.14), a Rn²²⁰ входит в семейство тория Th²³² (поэтому иногда его называют тороном).

Рис. 4.14. Схема части радиоактивного семейства урана-238, содержащей ра-дон-222 и продукты его распада. Указаны типы распада и периоды полураспада (сплошные стрелки). Штриховые стрелки означают достаточно длинные ряды превращений, и на них указаны максимальные периоды полураспада в ряду. Вы­делившийся в виде газа радон попадает в воздух, где химически активные метал­лы - продукты его распада (полоний, висмут и свинец) почти мгновенно оседа­ют на аэрозольных частицах

152 Часть П. Природопользование и экологическая безопасность

Основную роль играет Rn²²² и продукты его распада. Радон — тяжёлый газ, примерно в 7,5 раз тяжелее воздуха. Он постоянно и повсеместно просачивается из земной коры в атмосферу, имея тенденцию скапливаться в плохо вентилируемых низко располо­женных местах и помещениях. Сам по себе радон в силу своей химической инертности в лёгких не задерживается, а внешнее а-облучение от него легко экранируется одеждой и эпидерми­сом. Но короткоживущие продукты его распада — радиоактив­ные изотопы полония, свинца и висмута — практически мгно­венно после образования оседают на аэрозольных частицах и вместе с ними попадают и задерживаются в лёгких. Именно та­ким образом мы получаем около 50 % фонового облучения. Многие строительные материалы — гранит, цемент, бетон, гли­нозёмы — неизбежно содержат следовые количества урана, то­рия и продуктов их распада, а потому постоянно выделяют в воздух радон. Если эти помещения плохо проветриваются, что особенно характерно для современных теплосберегающих строе­ний, то концентрация радона в них может в сотни раз превы­шать его концентрацию в наружном воздухе. Радон может также скапливаться в подвалах и на первых этажах деревянных зданий, куда просачивается непосредственно из почвы. В последние годы было установлено, что в результате скопления радона люди, постоянно работающие или живущие в таких зданиях, мо­гут получать облучение с мощностью дозы до 100 и более мГр/год, что значительно превышает любые установленные нор­мы безопасности.

Не только строительные материалы, но и практически лю­бые ископаемые ресурсы неизбежно содержат в небольших кон­центрациях радионуклиды. В большинстве случаев при добыче и использовании эти нуклиды не рассеиваются в окружающей сре­де. Основным исключением является уголь, сжигаемый без зо­лоулавливания, то есть в домашних печах, малых отопительных котлах и т. п. В этом случае вместе с дымом происходит рассея­ние содержащихся в угле долгоживущих радиоизотопов.

В настоящее время антропогенные источники радиации пред­ставляют опасность в глобальном, региональном и локальном масштабах.

В глобальном масштабе угрозу составляет само существова­ние больших запасов ядерного оружия и, особенно, появление новых ядерных держав, а также возможность попадания ядерных материалов в руки террористических организаций. Экологиче-

Глава 4. Загрязнение окружающей среды

ские последствия мирового ядерного конфликта трудно предска­зуемы. Один из сценариев развития событий — «ядерная зима», другие сценарии предполагают иные, но не менее трагические ва­рианты развития событий. В любом случае биосфера в её нынеш­нем виде погибнет, а что касается человечества, то, по меткому замечанию А. Эйнштейна, «четвёртую мировую войну человече­ство будет вести дубинами», если хоть кто-нибудь сумеет уцелеть. Локальный ядерный конфликт, а также возобновление мас­совых испытаний ядерного оружия несут в себе весьма серьёзную угрозу для экосистем и населения в пределах несколь­ких сот километров. При ядерных взрывах в атмосфере образу­ются сотни видов радионуклидов, которые рассеиваются и пере­носятся не только в тропосфере, но и в нижних слоях стратос­феры, а потом выпадают на поверхность Земли. Большинство из этих радионуклидов либо быстро распадается, либо изначально имеет ничтожную концентрацию, и основной вклад в радиоак­тивные выпадения от взрывов дают: изотоп углерода С¹⁴ (р-рас-пад, Т_1/2 = 5730 лет), изотоп циркония Zr⁹⁵ (Т_]/2 = 64 дня), изотоп цезия Cs¹³⁷ (Г_1/2 = 30 лет) и изотоп стронция Sr⁹⁰ (р-распад, Т_{/2 = 29 лет). Изотопы углерода и циркония играют небольшую роль, первый из-за сравнительно низкой активности, второй из-за быстрого распада и исчезновения. Наиболее опасны ра­дионуклиды Csⁱ³⁷h Sr⁹⁰, так как они имеют и сравнительно высо­кую активность (обоим свойственен р-распад), и значительное время жизни. Оба они принадлежат к группам наиболее химиче­ски активных металлов, жадно захватываемых живыми организ­мами и встраиваемых в биохимические циклы. Попадая в орга­низм человека (и других животных) в основном с пищей и во-; дой, цезий как щелочной металл распределяется по всем органам равномерно, а стронций накапливается в костях, пора­жая костный мозг. Так как интенсивный приток этих изотопов в биосферу прекратился более 40 лет назад, их вклад в глобальное радиоактивное загрязнение сейчас уже ничтожен, но в местах, где проводились испытания, загрязнение очень велико до сих пор³⁶.

Источником радиоактивного загрязнения, вокруг которого кипят общественные страсти, являются атомные электростанции (АЭС), хотя при нормальной работе выбросы радиоактивных ве-

³⁶ В своё время атмосферные ядерные испытания привели к росту глобаль­ного радиационного фона на 7 %, в 2000 г. вклад ядерных испытаний в радиаци­онный фон составил уже менее 1 %■

154 Часть II. Природопользование и экологическая безопасность

ществ от них несущественны. К настоящему времени в мире ра­ботает около 400 атомных энергетических установок, дающих примерно 15 % мирового производства электроэнергии.

Сами атомные станции — это только часть ядерного топлив­ного цикла, который начинается с добычи и обогащения урано­вых руд. Около 50 % урановых руд добывается в шахтах, осталь­ные — открытым способом. Обогатительная фабрика строится рядом с рудником. Рудники и обогатительные фабрики — источ­ник интенсивного долговременного радиоактивного загрязне­ния. При переработке руды образуется огромное количество от­ходов — «хвостов». К настоящему времени в мире их скопилось сотни миллионов тонн, и они будут оставаться активными мил­лионы лет. К счастью, удельная активность на единицу массы этих отходов невелика, и они консервируются без чрезмерных затрат. Далее урановый концентрат, полученный из обо­гащенной руды, на специальных заводах дополнительно очища­ется, и из него производится ядерное топливо. При переработке образуются газообразные и жидкие отходы, дозы облучения от которых много меньше, чем на остальных этапах ядерного топ­ливного цикла. Готовое топливо поступает на АЭС.

На современных АЭС используется около десятка типов ядерных реакторов, и уровень радиоактивных выбросов у них за­висит не только от типа и конструкции, но и существенно раз­личается даже для одного и того же реактора. Реакторы снабже­ны мощными очистными устройствами, и в нормальных режи­мах их выброс состоит главным образом из радионуклидов инертных газов.

Последняя стадия ядерного топливного цикла — переработка и захоронение отходов АЭС. Отходы АЭС сами по себе являются достаточно ценным сырьём для получения ядерного топлива — плутония. Поэтому значительная часть отходов до захоронения подвергается переработке для его извлечения. Само захороне­ние, пожалуй, наиболее сложная проблема во всём цикле. При распаде нуклидов в отходах выделяются благородные газы, кото­рые неизбежно будут пытаться вырваться из захоронений. Поэ­тому захоронения не могут строиться абсолютно герметичными, а должны иметь вентиляцию. Активность отходов АЭС очень ве­лика и спадает медленно. Поэтому конструкция и технология за­хоронений должны обеспечивать их целостность в течение де­сятков и сотен тысяч лет. Наилучшим, хотя и дорогим подходом, является технология отверждения отходов с последующим захо-

Глава 4. Загрязнение окружающей среды

ронением на больших глубинах в геологически стабильных райо­нах. Вместе с тем суммарный физический объём отходов АЭС относительно мал, что несколько облегчает задачу.

При отсутствии крупных аварий топливный цикл всех АЭС в целом даёт прибавку к естественному фону не более 0,5 % в среднем по земному шару и примерно 1—3 % в непосредствен­ной близости к АЭС и другим предприятиям, с ними связанным. Дополнительные дозы, которые получает население за счёт по­вышенных концентраций нуклидов в строительных материалах, рентгенологических обследований и сжигания каменного угля, гораздо выше. Небрежное обращение с аппаратурой, содержа­щей высокоактивные изотопы, например с промышленными у-дефектоскопами, может представлять ещё большую опасность на локальном уровне. Особо здесь следует выделить случаи, ког­да предприятия из экономии или по небрежности не принимают специальных мер по утилизации подобных источников излуче­ния, отслуживших свой срок, а просто выбрасывают их на свал­ки общего назначения, а то и где попало.

Основной и весьма серьёзной проблемой ядерной энергетики является возможность крупных «нештатных» или «сверхпроект­ных» аварий³⁷, при которых события развиваются неожиданным образом. За полвека с лишним развития ядерных технологий наиболее крупными авариями со значительными выбросами в окружающую среду были: авария реактора в Уиндскейле (Вели­кобритания, 1957 г.), две аварии на Южном Урале (тепловые взрывы ёмкостей для ядерных отходов, 1957 и 1967 гг.), авария на атомной электростанции в Три-Майл-Айленде (США, 1979 г.) и авария на Чернобыльской атомной станции (Украина, 1986 г.).

Крупнейшей из этих аварий была чернобыльская, давшая ги­гантский выброс радиоактивного материала в окружающую сре­ду, сравнимый только с поступлением радионуклидов от испыта­ний ядерного оружия (рис. 4.15). Это отнюдь не означает, что та­кая авария сопоставима с этими испытаниями по своим последствиям, — слишком велики отличия в изотопном составе выброса, длительности и условиях его формирования и распро­странения. Именно после чернобыльской аварии радиофобия во всём мире приобрела гораздо большие масштабы, чем даже во времена ядерных испытаний в атмосфере. Между тем имеющие-

³⁷ Во всех случаях аварии были связаны с пожарами, утечками и тепловыми, а не ядерными взрывами. Ядерный взрыв атомного реактора невозможен.

Рис. 4.15. Выбросы долгоживущих радионуклидов в биосферу от различных ис­точников, выраженные в мегакюри (миллионах кюри). Приведены две оцен­ки — минимальная и максимальная. Выброс от атомной энергетики включает выбросы на всех этапах производственного цикла и от всех аварий, кроме чер­нобыльской

ся данные о последствиях этой аварии крайне противоречивы. Разброс оценок числа жертв облучения просто изумителен. Раз­личаются даже сведения о точном количестве погибших непо­средственно от острой лучевой болезни сотрудников АЭС и по­жарных, пытавшихся погасить огонь на открытом реакторе. На­пример, по данным Научного комитета по действию атомной радиации ООН, всего от лучевой болезни умерло 45 человек, и риск фатальных онкологических заболеваний в течение 10 лет составляет не более 670 человек. А по утверждению некоторых авторов публикаций в средствах массовой информации за 13 лет от лучевой болезни погибло 100 тысяч человек, а всего от послед­ствий аварии — 200 тысяч. Первая из этих оценок представляет­ся, возможно, несколько заниженной, но достаточно близкой к истине. Это подтверждается статистикой, полученной при обсле­довании жертв атомных бомбардировок Хиросимы и Нагасаки и

Глава 4. Загрязнение окружа ющей среды_______________ 157

При медицинском наблюдении за персоналом многочисленных объектов атомной промышленности во всём мире. Если судить по обобщённым данным, приведенным на рис. 4.13, то к этим жертвам чернобыльской катастрофы в течение 2002—2012 годов добавится ещё несколько тысяч случаев онкологических заболе­ваний, однако ни о каких сотнях или десятках тысяч жертв не может быть и речи. Некоторый рост числа заболеваний может быть связан и с тем, что в силу экономических и психологиче­ских причин много жителей отказалось от отселения из мест с повышенным уровнем радиации. Нарушаются и ограничения, наложенные на выпас скота и другое сельскохозяйственное ис­пользование земель, заражённых выпавшими радионуклидами.

Таким образом, основная проблема, возникающая при раз­витии атомной энергетики, — это предупреждение крупных ава­рий. Полученный опыт показывает, что все аварии, включая чернобыльскую, были связаны с грубыми нарушениями инст­рукций по технике безопасности, ошибками и небрежностью персонала, неграмотными распоряжениями и неразберихой при противоаварийных мероприятиях. Огромный ущерб наносят и попытки скрывать и тем более фальсифицировать фактическое положение дел.

Там, где на АЭС и других предприятиях ядерного цикла ца­рит порядок, а невозможность больших выбросов радиоактивно­го материала при любой аварии заложена в конструкции исполь­зуемых реакторов, атомная энергетика успешно развивается без серьёзных инцидентов. Такова ситуация во Франции, где АЭС вырабатывают более 75 % всей электроэнергии, в Японии, Бель­гии, Швеции, Канаде и ряде других стран. Уровни и опасности загрязнения от других источников энергии, таких как тепловые электростанции на ископаемом горючем, гораздо выше, чем от атомной энергетики. Неизбежный переход к строительству АЭС с реакторами-размножителями на быстрых нейтронах даст не то­лько практически неограниченный запас энергетического сырья, Но и резко снизит потенциальную аварийность АЭС.

4.7. Аварии как источники загрязнения

Не только атомный реактор, но и любой агрегат, содержа­ний в сконцентрированном виде опасные вещества и (или) энергию, является потенциально аварийным. Среди аварийных

158 Часть II. Природопользование и экологическая безопасность

антропогенных воздействий на экосистемы можно выделить не­сколько особо опасных. К ним относятся:

• аварии на атомных электростанциях и химических пред­
приятиях;

• аварии при транспортировке горючих, радиоактивных и
ядовитых веществ;

• прорывы водоочистных сооружений и нефтепроводов;

• обширные лесные пожары;

• аварии танкеров и нефтедобывающих платформ.

Каждая из крупных аварий имеет «своё собственное лицо», однако можно выделить одну их характерную черту. Почти все страшные аварии, пожары и катастрофы есть следствие прене­брежения мерами безопасности при проектировании, строитель­стве или эксплуатации опасных объектов. Приведём примеры.

Большую опасность для людей и природных экосистем пред­ставляют собой химические реакторы и хранилища продукции. В большинстве случаев на подобных предприятиях имеют место постоянные утечки опасных ядовитых веществ, но к особо страшным последствиям ведут аварии. Самая тяжёлая катастро­фа в химической промышленности произошла ночью со 2 на 3 декабря 1984 г. в городе Бхопала (Индия) на заводе дочерней фирмы американской корпорации «Юнион карбайд». Из-за не­исправности системы охлаждения и аварийной сигнализации из ре­зервуара, содержавшего более 40 тонн метилизоцианата, в тече­ние двух часов в атмосферу выбрасывались его пары при темпе­ратуре примерно 200 °С и под давлением более 10 атмосфер. Метилизоцианат CH₃NCO — сильный яд, служивший промежу­точным продуктом для производства пестицидов, используемых для уничтожения сельскохозяйственных вредителей и перенос­чиков опасных заболеваний. Молекулярный вес CH₃NCO равен 57, и его пары почти вдвое тяжелее воздуха. Вертикальное пере­мешивание воздуха ночью было слабым, и ядовитое облако сте­лилось над спящим городом. В общей сложности от отравления погибло более 3500 человек, не менее 30 000 стали инвалидами, а общее число пострадавших непосредственно от аварии соста­вило около полумиллиона. Кто бы ни был виноват в этой ава­рии, но она, безусловно, явилась следствием пренебрежения тех­никой безопасности, как со стороны проектировщиков, так и со стороны персонала.

Глава 4. Загрязнение окружающей среды

Огромную опасность для водных экосистем и биосферы в це-д представляют разливы нефти и нефтепродуктов. При авариях нефтеналивных танкеров и нефтедобывающих платформ в море внезапно попадают гигантские количества нефти, растекающиеся _по поверхности воды и переносимые течениями на сотни кило­метров. Каждая такая авария приводит к массовой гибели морских организмов от планктона до крупных рыб, птиц и морских млеко­питающих на площадях в тысячи квадратных километров и за­грязнению десятков километров берега. Более половины мирового экспорта нефти перевозится танкерами. В настоящее время в мире эксплуатируется более 1000 гигантских супертанкеров, каждый из которых способен перевозить более 100 000 тонн нефти. Ежегодно происходит около ста аварий танкеров, в том числе до 20 тяжёлых, и, согласно статистическим данным, 60 % из них происходит вследствие небрежности или ошибок персонала. Только у входа в пролив Ла-Манш произошли две гигантские аварии. 18 марта 1967 г. танкер «Торри Каньон» сел на мель, и в море попало около 120 тысяч тонн нефти, а 16 марта 1978 г. при сходной аварии тан­кера «Амоко Кадис» разлилось более 200 тысяч тонн нефти. 24 ав­густа 1989 г. у берегов Аляски сел на риф танкер «Экссон Валдиз», из которого вытекло 45 тысяч тонн нефти, покрывшей около 1500 км² акватории. Последствия подобных аварий наблюдаются и спустя десятилетия. Все эти аварии происходили при хорошей пого­де и исключительно по халатности владельцев и экипажей. Доста­точно сказать, что капитан танкера «Экссон Валдиз» в момент ка­тастрофы был просто беспробудно пьян!

Анализ большинства катастроф показывает, что, как прави­ло, проектировщики, производя свои расчёты, пренебрегают «человеческим фактором» и предполагают катастрофическую аварию невозможной, основываясь на гипотезе, что в процессе эксплуатации их инструкции не будут серьёзно нарушаться. Эта ошибочная гипотеза дорого обходится человечеству!

4.8. Глобальные проблемы: рост парникового эффекта и разрушение озонового слоя

Среди огромного разнообразия загрязнителей, выбрасывае­мых человеком в природную среду, почти безобидные на первый ^Взгляд вещества (по сравнению с бенз(а)пиреном или тяжёлыми Металлами) могут оказаться наиболее опасными для биосферы в

160 Часть П. Природопользование и экологическая безопасность

целом. Это — углекислый газ, метан, а также окислы азота и хлор-фторуглеводороды³⁸, главным образом фреоны CF₂C1₂ и CFC1₃, ши­роко использовавшиеся в холодильной технике и в аэрозольных баллончиках-распылителях дезодорантов, инсектицидов и т. д. Дело в том, что все эти вещества играют огромную роль в форми­ровании парникового эффекта, а окислы азота и хлорфторуглево-дороды способны разрушать стратосферный озоновый слой³⁹.

Выше, в главе третьей, роль парникового эффекта и значе­ние озонового слоя были подробно рассмотрены. Парниковый эффект — это в принципе весьма благоприятное явление приро­ды, так как благодаря нему сохраняется тепло на поверхности Земли, и она может быть обитаемой. Однако если газовое одеяло Земли станет слишком хорошо сохранять тепло из-за роста кон­центрации в атмосфере парниковых газов, прежде всего СО₂, то это вызовет неизбежные серьёзные изменения климата. Концен­трация СО₂ увеличивается вследствие сжигания огромных коли­честв ископаемого топлива и сведения лесов (рис. 4.16). При­мерно 40 % этого выброса поглощает мировой океан, но его способность достаточно быстро удалять избыток СО, из атмо­сферы недостаточна.

Наряду с выбросом парниковых газов хозяйственная деяте­льность ведёт к попаданию в атмосферу огромного количества аэрозольных частиц. Воздействие частиц на климат неоднознач­но. С одной стороны, они отражают определённую долю прихо­дящей лучистой энергии обратно в космос, с другой стороны, они поглощают эту энергию, что ведет к нагреванию атмосферы. Осаждаясь на поверхность полярных шапок, они уменьшают альбедо, способствуя потеплению. В целом антропогенные аэро­зольные частицы, скорее всего, уменьшают поток солнечной энергии, достигающий поверхности Земли, и действуют как ох­лаждающий фактор.

Человечество сформировалось и освоило Землю в относите­льно холодную климатическую эпоху. Как правило, климат Зем­ли был теплее современного. Переходы от холодных эпох к тёплым и обратно происходили очень быстро, но только по гео­логическим меркам. Поэтому глобальное потепление нельзя

³⁸ К этим малым антропогенным газовым составляющим относятся- ССЦ.
СН₃С1, СН₂С1₂, СНС1₃, CF₂C1₂ и CFC1₃.

³⁹ Определённую роль в усилении парникового эффекта играют и повышен­
ные концентрации «нижнего», тропосферного озона.

Рис. 4.16. Относительная роль различных газов в увеличении парникового эф­фекта и изменения средней концентрации углекислого газа в атмосфере Земли во второй половине XX века

было быстро обнаружить. Однако в конце XX и начале XXI века появились его явные признаки:

• систематическое повышение глобальной среднегодовой
температуры с 1970 г. в среднем примерно на 0,013 °С в год;

• 9 наиболее жарких лет на планете в XX веке пришлись на
период 1980-2000 гг.;

• резко увеличилась скорость схода ледников с ледяных щи­
тов Антарктиды и Гренландии с образованием особо круп­
ных айсбергов, по площади превосходящих небольшие
страны Европы;

• площадь ледяного щита Северного Ледовитого океана, по
данным спутниковых наблюдений, сократилась на 10 %;

• свободный ото льда сезон на канадских озёрах сократился
на три недели (по другим водоёмам умеренных широт про­
сто нет систематических данных).

Быстро развивающееся глобальное потепление — отнюдь не благо, а грозит человечеству многими бедами:

• потепление будет происходить неравномерно — в поляр­
ных областях сильнее, чем в экваториальных, поэтому
произойдёт смена направлений океанических течений,
ветров и перераспределение осадков;

6 - 7841 Гальперин

162 Часть II. Природопользование и экологическая безопасность

• согласно некоторым расчётам, Гольфстрим может ослабеть
и отодвинуться от берегов Европы, что приведёт к превра­
щению мягкого европейского климата в резко континен­
тальный с очень жарким летом и холодными зимами;

• произойдёт таяние огромного количества льда, что вызо­
вет подъём уровня воды в океане и затопление обширных
областей суши; в тундрах растает вечная мерзлота, и они
превратятся в гигантские области солоноватых болот;

• в результате перераспределения осадков сдвинутся к по­
люсам климатические зоны, и наиболее плодородные и
важные для сельского хозяйства регионы, такие как степи
Украины, Северного Казахстана, Южной Сибири, прерии
в Соединенных Штатах и пампасы Южной Америки, ско­
рее всего, превратятся в безводные пустыни;

• значительная часть избытка поглощённой солнечной энер­
гии до перехода в тепло будет расходоваться на усиление
атмосферной циркуляции (см. рис. 3.4 в гл. 3), что вызовет
увеличение числа и рост мощности ураганов, смерчей и
тому подобных разрушительных природных явлений.

Вопрос о причинах глобального потепления вызывает споры в научной среде. Одни учёные склонны рассматривать глобаль­ное потепление как обычное природное явление, много раз про­исходившее в истории нашей планеты, а рост концентрации уг­лекислого газа в атмосфере — не как причину, а как следствие того обстоятельства, что растворимость СО₂ в воде (и, следова­тельно, в мировом океане) и площади полярных шапок Земли падают с ростом температуры. По мнению этих учёных, антро­погенный выброс парниковых газов не играет в этом процессе существенной роли.

Другие специалисты, напротив, увязывают потепление на­прямую именно с антропогенной эмиссией парниковых газов.

Наиболее обоснованной представляется третья точка зрения, состоящая в том, что рост концентрации парниковых газов и средней температуры на планете — взаимозависимые процессы, ускоряющие друг друга. Климатическая система имеет несколь­ко устойчивых состояний, но области устойчивости этих состоя­ний сравнительно невелики (см. рис. 1.13 и комментарий к нему в гл. 1). Поэтому даже относительно небольшое по сравнению с природными процессами антропогенное воздействие способно вывести климат из одного равновесного состояния и спровоци-

пличём один атом окисленного азота, многократно участвуя в этих реакциях способен вызвать разрушение сотен и тысяч мо-

^ЛеКУПо^Од³об^Нн_Ьш же образом, но ещё более активно, озон разруша­ется атомарными галогенами - хлором и фтором, образующими­ся при разрушении ультрафиолетом хлорфторуглеводородов или

164 Часть II. Природопользование и экологическая безопасность

попадающими в стратосферу естественным путём при изверже­ниях вулканов. Хлорный цикл разрушения озона имеет вид:

Один атом галогена может разрушить до 10 млн молекул озо­на, поэтому даже ничтожные концентрации хлорфторуглеводоро-дов опасны для озонового слоя. К настоящему времени в мире произведено более 10 млн тонн фреонов, и это настоящая хими­ческая бомба замедленного действия и глобального масштаба. Дело в том, что основное преимущество фреонов — химическая инертность (они не ядовиты, не горючи, не растворимы и не вы­зывают коррозии) — приводит к тому, что они практически не поддаются утилизации и в конце концов попадают в тропосферу, где их время жизни составляет десятки, а может быть, и сотни лет и определяется их медленной диффузией из тропосферы в стра­тосферу. И только в стратосфере под действием жесткого ультра­фиолета они разлагаются, выделяя входившие в их состав атомы галогенов, столь разрушительно действующие на озоновый слой. Проблема разрушения озонового слоя, — быть может, пер­вый случай, когда опасность антропогенного загрязнения была предсказана заблаговременно, когда человечество и биота в це­лом ещё не ощутили его (загрязнения) негативных последствий. Ф. Ш. Роуланд (Rowland) с соавторами в 1974 г. опубликовал статьи, в которых указал на возможность разрушения озонового слоя вследствие применения хлорфторуглеводородов. Статьи серьёзно обеспокоили общественность и вызвали немедленную реакцию со стороны представителей бизнеса, для которых отказ от производства и применения фреонов означал огромные рас­ходы. В 1984 г. была обнаружена знаменитая «озоновая дыра» над Антарктидой, где специфические условия атмосферной циркуля­ции привели к скоплению монооксида хлора СЮ — продукта распада фреонов в стратосфере. В результате анализа многолет­них данных было показано, что толщина озонового слоя над Ан­тарктидой снизилась к 1985 г. почти вдвое по отношению к нор­мальной (рис. 4.17). В 1987 г. были проведены одновременные измерения концентраций СЮ и озона на специально оборудо­ванном высотном самолёте при пролёте вдоль антарктической «озоновой дыры». В результате была доказана однозначная связь между концентрацией СЮ и озона (рис. 4.18). Впоследствии «озоновые дыры» были обнаружены и в высоких широтах Север­ного полушария, где они охватывали огромные площади, но не

Рис. 4.17. Толщина слоя озона над Антарктидой. За десятилетие 1975—1985 гг. слой уменьшился почти вдвое. Измерения проводились каждый раз в октябре, когда в Южном полушарии наступает весна и начинается полярный день. Еди­нице Добсона соответствует слой чистого озона толщиной в 0,01 мм при давле­нии и температуре на уровне моря. На карте штриховой линией обозначена се­верная граница области появления глубоких «озоновых дыр», практически сов­падающая с Южным полярным кругом

Рис 4 18 Зависимость концентрации озона от концентрации монооксида хлора, построенная по данным высотных самолётных измерений над Антарктидой, по­лученным 16 сентября 1987 г. Кружками отмечены экспериментальные точки, по которым построена зависимость

166 Часть П. Природопользование и экологическая безопасность

были столь глубокими, как над Антарктидой, слой озона в них уменьшался только на 10—15 % максимум.

После образования озоновые дыры размываются интенсив­ными стратосферными ветрами, что приводит к ослаблению озонового слоя над всей планетой. В целом предполагается, что это ослабление не превысило 1—2 %, что ниже возможностей приборного обнаружения. Однако, по оценкам медиков, даже такое небольшое снижение концентрации озона в стратосфере может вызвать 5—8%-й рост заболеваемости раком кожи.

В настоящее время заключён целый ряд международных со­глашений по прекращению использования хлорфторуглеводоро-дов. Тем не менее проблема «озоновых дыр» остаётся актуаль­ной. Во-первых, в атмосфере накоплено так много фреонов, что они будут воздействовать на озоновый слой ещё десятки лет, а во-вторых, антропогенный выброс окислов азота от сжигания топлива и в результате применения азотных удобрений остаётся очень большим.

Дата добавления: 2015-09-27 | Просмотры: 847 | Нарушение авторских прав