НОВ БЪЛГАРСКИ УНИВЕРСИТЕТ

   

Въведение

Откриването на радиоактивността е едно от най-великите открития на човечеството. Само няколко седмици след откриването на рентгеновите лъчи (през 1896 г.) френският физик Анри Бекерел, като изучавал фосфоресциращите свойства на различни вещества започнал опит с калиев уранисулфат. Опитът се състоял в това, че след излагане на дневна светлина минералът, добре завит в непропускаща светлина черна хартия, е бил проверяван след известно време дали фосфоресцира. Силуетът на минерала се очертал под въздействието на силно лъчение с голяма проникваща способност върху фотоемулсията. Така е установено наличието на нови, наречени от Бекерел уранови лъчи, а явлението е наречено от Мария Кюри радиоактивност.

Това откритие бързо навлиза в медицината и са създадени първите рентгенови апарати, довели до революция в медицината. В последствие усъвършенствани и модернизирани рентгеновите апарати от най-новите поколения повишаване многократно точността на  диагностичната дейност  и позволяват спасяването на стотици живота.

В същото време се установява, че радиоактивните лъчи са и сериозен замърсител на околната среда с изключително силно въздействие върху жизнената и физиологическа дейност на организмите, което варира от стимулиране до умъртвяване.

Известно е, че всичкo нa нaшaтa плaнeтa e пoдлoжeнo нa пoстoяннo oблъчвaнe oт природни  и антропогенни, земни и космически  изтoчници нa йoнизирaщи лъчeния, т.e. нaмирa сe в услoвия, създaвaни oт прирoдeн и тeхнoгeнeн рaдиoaктивeн фoн. Йoнизирaщитe лъчeния съпътстват живoта на планетата в нeгoвитe рaзлични прoявлeния нa всички eтaпи oт eвoлюциятa.

Прeз гoдинитe слeд Втoрaтa свeтoвнa вoйнa пoрaди рaзвитиeтo нa aтoмнaтa прoмишлeнoст и oсoбeнo усилeнoтo изпитвaнe нa ядрeнoтo oръжиe  изниквa с гoлямa oстрoтa въпрoсът зa рaдиoaктивнoтo зaмърсявaнe нa плaнeтaтa.Слeд aтoмeн взрив във въздухa прoдуктитe нa aтoмнoтo дeлeнe зaмърсявaт aтмoсфeрaтa, сушaтa, вoдитe, рaстeниятa, живoтнитe, хрaнитeлнитe прoдукти и др.

Важността на проблемите възникнали в резултат на радиоактивното замърсяване налага появата на мнoгo нaуки, които сe интeрeсувaт и изслeдвaт рaзличнитe стрaни нa същността на  зaмърсявaнeтo с рaдиoнуклиди, възникват и се развиват нoви нaучни дисциплини и нaпрaвлeния. Рaдиoeкoлoгиятa имa oснoвнa зaдaчa дa изучaвa зaкoнoмeрнoститe нa мигрaциятa нa рaдиoaктивнитe вeщeствa в биoсфeрaтa и дeйствиeтo нa йoнизирaщитe лъчeния върху живитe oргaнизми. Пoчвaтa се разглежда кaтo спeцифичнo прирoднo oбрaзувaниe върху пoвърхнoсттa нa сушaтa, кoeтo oсигурявa живoтa нa рaститeлния и живoтинския свят и игрae извънрeднo вaжнa рoля в пoвeдeниeтo нa рaдиoнуклидитe.

Съвсем естествено е рaдиoeкoлoгиятa нa пoчвaтa да зaвиси oт рaзвитиeтo нa биoфизикaтa, биoхимиятa и физикaтa нa пoчвaтa, а като  нeин прeдмeт се явява изучаването на  зaкoнoмeрнoститe нa взaимoдeйствиe нa прoдуктитe нa дeлeнe нa урaнa и плутoния с пoчвaтa, тяхнaтa сoрбция, дeсoрбция, мигрaция, a същo и взaимoдeйствиeтo в систeмaтa на храниителната верига пoчвa – рaстeниe - животни - човека.

 

1. История на замърсяването на околната среда с радиоактивни вещества

Замърсяването на околната среда с радиоактивни вещества започва със създаването на атомната бомба и възникването на атомната промишленост. Вредното въздействие на радиацията върху живите организми и човека, отначало не е било известно. В зората на ядрената епоха, обществото не е разполагало с    нужната информация за тази дейност, поради секретността на ядреното производство и не е било възможно  да се оцени точно въздействието и размера на това замърсяване.

Понастоящем са разработени биотехнологии, при които с помощта на специални водорасли, се  извлича и концентрира урана в тяхната биомаса и по този начин водите се очистват.

Първото сериозно замърсяване на околната среда и почвата, предизвикано от човешката дейност е  това в Япония  и датира от 5-6 август, 1945 година. Над японските градове Хирошима и Нагазаки, без особена военна необходимост американците хвърлят първите атомни бомби в историята на човечеството. Започва ерата на атомната надпревара, в която се включва и бившия Съветски съюз, а броя на ядрените държави днес е повече от 20.

Разбира се, замърсяването на околната среда и почвата с радиоактивни вещества се усилва и  с възникването на атомната промишленост. Отначало това не е било известно, пък е липсвала достоверна  информация за негативното въздействие на радиацията върху околната среда и човека, поради недостатъчните теоретични и теренни проучвания и секретността на производството, не е било  възможност да се оцени точно размера на това замърсяване, екологическите и социалните щети причинявани от него.

Дълго време се е считало,  че е сравнително ограничено, локално не много опасно. По-късно се установява, че на различните етапи на производство на урановото гориво (открити или закрити рудници, хидрометалургично производство и концентрация на урана, очистване, обогатяване и др.) е възможно „обогатяване” на околната среда с радионуклида уран и особено с радон (радон-222). Отпадъците от хидрометалургичните заводи, отначало са  изхвърляни без достатъчна обработка  в най- близките реки и при напояване са  замърсявали  селскостопанските площи и  растенията върху тях. По-късно се препоръчва  в замърсените с уран води да се отглеждат специални водорасли, които могат да извличат и концентрират урана и да очистват водите, а косвено да предпазят и почвата, от радиоактивно замърсяване.

Разбира се в най-големи  мащаби и с най-голяма интензивност е радиоактивното замърсяване на околната среда и почвата след аварията в Чернобил на 26.04.1986 г., Тримайлайлън – САЩ - 1976 година; Япония Фукушима 2011 г. и други ядрени аварии и катастрофи.

Локално замърсяване на околната среда и почвата е описано и в Испания през 1966г., в резултат на сблъскване във въздуха на самолет, носещ ядрено оръжие, със самолет - цистерна. Радиоактивните вещества от не експлодиралото ядрено устройство бяха разпръснати върху площ от няколко хиляди хектара. 990 тона почва беше изгребана и отнесена в гробници за радиоактивни вещества в Южна Каролина, САЩ. Този случай показва, че при сегашното въоръжение, въпреки голямата степен на сигурност, рискът от ядрено замърсяване на огромни територии реално съществува, дори и в мирно време.

 

2. Източници на радиоактивно замърсяване

2.1. Естествени източници на замърсяване

В природата съществуват много минерални вещества, дори растения и животни, които притежават естествена радиация. Проучванията показват, че естествената радиация има различна интензивност и зависи от състава на основните скали върху които се намира  дадена територия. В същото време в света и у нас има територии с висок естествен радиационен фон, обитавани от население без видими признаци на негативно радиационно въздействие. Тези територии са рискови за обитаване от човека по простата причина, че и най-малката радиация провокирана от човешка дейност, може да повиши радиацията над пределно допустимите концентрации. Такъв феномен се наблюдава в близост до разработените урановите находища, мините с добив на радиоактивни полезни Висок естествен радиационен фон имат и някои от минералните извори в България. Съгласно съществуващите нормативни документи те трябва да бъдат, каптирани и ограничаване свободното изтичане на водата и използването й за поливане. Приложението на тези води, за медицински цели също трябва да става под строг контрол.

В районите с висок естествен радиационен фон, приложението на пестициди също трябва да бъде изключително внимателно и след предварителни проучвания. Известно е, че не рядко някои от пестицидите съдържат следи и дори  по-големи количества от радиоактивни елементи или други съединения, които при определени условия могат да влязат в реакция с трети вещества и да предизвикат радиоактивно замърсяване.

Земята, водата, въздухът, растенията и животните съдържат предимно в разсеяно състояние над 40 естествени радиоактивни елементи. Броят на изкуствените радиоактивни елементи е много по-голям. Техните видове и количества се изменят и нарастват, което е свързано с развитието на атомната промишленост, атомните и ядрените експлозии, мирните аспекти на използуване на атомната енергия в науката, народното стопанство, медицината и др.

Що се отнася до естествените радиоактивни елементи, те също търпят изменения в сравнение с времето на създаването на планетата, когато радиоактивността е била по-висока. Така през цялото си съществуване земята е потопена в своите и на космоса радиоактивни излъчвания, които определят радиоактивния фон, съпътствуващ живота от неговото зараждане и развитие до наши дни.

За по-важните естествени радионуклиди, съдържащи се в биосферата и обкръжаващата ни среда, може да се съди по табл.2. Радиоактивните елементи, съдържащи се в земната кора, може да се разделят на две групи:

1. Елементи на радиоактивни редове, свързани с последователни превръщания;

2. Самостоятелни, несвързани елементи.

 

Таблица №2. Основни естествени радионуклиди в обкръжаващата среда

и организма на човека

 

Радионуклеиди	Т ½	Скали, почви	Въздух	Вода	Човешки организъм
Уран – 238	4,49 Х 109 години	+			+
Уран – 235	7,13 Х 108 години	+
Радий – 226	1602 години	+			+
Радон – 222	3,82 дни		+	+	+
Полоний – 218	3,05 минути		+		+
Олово – 214	26,8 минути		+		+
Бисмут – 214	19,7 минути		+		+
Олово – 210	21 години	+	+	+	+
Бисмут – 210	5,01 дни		+		+
Полоний – 210	138,4 дни	+
Торий – 232	1,41 Х 1010 години	+			+
Радий – 228	5,8 години	+			+
Актиний – 228	6,13 часа	+			+
Тарон – 220	55 секунди		+		+
Олово – 213	10,6 часа	+	+		+
Талий – 208	3,1 минути	+	+		+
Калий – 40	1,26 Х 10 години	+		+	+
Въглерод – 14	5730 години	+	+	+	+
Тритий – 3	12,3 години		+	+	+
Рубидий – 87	6,15 Х 1010 години			+
Натрий – 22	2,63 години		+	+	+
Берилий – 7	53,6 дни		+	+	+

 

Елементите от първата група водят началото си от най-тежкия изотоп, родоначалник на радиоактивното семейство, както и на неговите дъщерни продукти, които чрез последователни разпадания достигат стабилен изотоп. С най-голямо значение в природата са на торий-232 до олово-208. Природното олово съдържа в различни съотношения тези негови изотопи, като олово-208 заема 51,55 %, олово-207 е 20,8 % и олово-206 е 26,26 % от изотопната смес. От оловото има още един изотоп (олово-204), чийто произход не е напълно изяснен.

На фиг. 5 е показано семейството на уран-238 и радиоактивните му превръщания. Освен от Земята атомната радиация се изпуска и от Космоса. На планетата непрекъснато идва поток от космически лъчи. Част от тях се задържа от магнитното поле на Земята, но значителна част прониква в стратосферата, където се сблъсква с атомните ядра на азота и се превръща във въглерод-14. Други ядрени реакции с кислорода, водорода, въглерода и други водят до образуването на тритий (³Н), берилий-7, натрий-22 и др. Първичните космически частици се разпадат на протони, неутрони, ни-мезопи с достатъчно енергия за образуване на нови радионуклиди от стабилните изотопи. Заедно с другите частици те достигат повърхността на Земята и повишават естествения фон на атомната радиация на планетата.

2.1.1. Скалите, като източник на радиация

Виноградов А.П. привежда следната таблица за съдържание на уран, торий и радий в скалите (табл. 3). Според тези данни най-ниско е съдържанието на урана и радия в основните и особено в ултраосновните скали, които имат най-ниска обща радиоактивност. Средни данни за съдържанието на уран и торий в различни видове скали са представени от Клемент (табл.4 и табл.5). С най-висока радиоактивност, дължаща се на урана и на тория, освен киселите еруптивни скали се отличават и някои утаечни скали шисти и глини. Известна е по-високата радиоактивност на фосватните минерали, някои въглища и битуми. Уранът и торият, макар и да се срещат предимно в разсеяно състояние, понякога се срещат и като минерали. И двата елемента се концентрират главно в повърхностните слоеве на земната кора. В някои райони на света се наблюдават геохимични провинции - с високо съдържание на радиоактивни елементи. По-големи такива провинции са установени в Канада, Бразилия, САЩ – щата Колорадо, Индия – щата Керала, Южна Африка и др. В Европа се срещат по-малки радиоактивни провинции – в Португалия, Франция, Чехия, Словакия и др. В Бразилия и Индия са разпространени ториеви минерали, а в останалите страни –  уранови (фиг.6)

 

 

 

Фиг.5. Семейството на уран-238 и радиоактивните му превръщания

 

Таблица №3.  Съдържание на уран, торий и радий в скалите, в %

 

Скали и почви	Ra	U	Th	Th:U
Ултраосновни	1,0 Х 10-12	3,0 Х 10-6	6,0 Х 10-4	1,7
Основни	2,7 Х 10-11	8,0 Х 10-5	3,0 Х 10-4	4
Средни	6,0 Х 10-11	1,8 Х 10-4	7,0 Х 10-4	4
Кисели	1,2 Х 10-10	3,5 Х 10-4	1,8 Х 10-3	5
Утаечни (шисти и глини)	1,0 Х 10-10	3,2 Х 10-4	1,1 Х 10-3	4

 

Радият, като продукт на разпадането на урана, го съпровожда в неговото разпространение. Радиевото съдържание, обаче в сравнение с това на урана е много по-малко: на 1т уран се пада 0,3 гр. радий. Така в природните образувания се запазва радиоактивно съотношение между урана и радия и по количеството на единия може да се съди за количеството на другия елемент. В редица случай обаче поради различия в химичните свойства на двата елемента при изменение на условията на съществуването им радиоактивното равновесие се нарушава.

 

 

 

Фиг.6. Радиогеохимични провинции върху земното кълбо

 

Групата на единичните, несвързани с радиоактивна серия радионуклеиди също не е малобройна. Важно е за тях, че също са слабо разпространени (с изключение на калия) в природата, имат дълъг период и на полуразпадане, повечето от тях се усвояват слабо от растенията и имат малко значение по отношение дозата на облъчване. Два от тях обаче от биологична гледна точка са твърде важни: калий – 40 и рубидий – 87. Тъй като елементът калий е абсолютно необходим за живота, то и радиоактивният му изотоп калий - 40 може да бъде намерен във всички живи същества.

Както е известно, участието на калий - 40 в изотопната смес на елемента калий е малко – едва 0,012 %, което дава специфична активност от природен калий 31,6 Bq/gr. Периодът на полуразпадане на калий – 40 е 1,26 Х 109 години, като главния продукт на неговото разпадане е стабилният калий – 40 (89 %) при излъчване на бета – частици с 1,314 MeV max. Калий-40 излъчва и фотони (11 %), които могат да се измерват с гама-спектрометри.

Калият е широко разпространен елемент в природата. За присъствието му в различните скали на земната кора може да се съди от табл. 6. Най-ниско е съдържанието му в ултраосновните скали, базалтите и варовитите скали, докато в гранита и сиенита е десетки пъти повече. Пясъчниците заемат средно положение между споменатите други скали. Средната радиоактивност на скалите, дължаща се на калий-40, е 0,63 Bq/gr, но се срещат гранити, бедни на калций, и сиенити, чиято активност на калий-40 надхвърля 1,85 Bq/gr.

 

Таблица №4.  Съдържание на уран в различни скали

 

Видове скали	Концентрация на урана, mg/kg
Ултраосновни	0,001
Базалтни	1
Гранитни	3
Сиенитни	3
Шисти	3,7
Пясъчници	0,45
Варовици	2,2
Дълбокоморски глини	1,3

 

Таблица №5.  Активност на уран и торий в различни типове скали

 

Тип скала	Уран Bq/kg	Торий Bq/kg
Еруптивни	48,10	48,10
Пясъчни	14,80	24,05
Шисти	14,80	40,70
Варовици	14,80	5,18

 

От приведените данни  се установява, че съдържанието на основните радиоактивни елементи в българските скали е близко до съдържанието им в скалите от други страни на света.

2.1.2. Атмосферата, като източник на радиация

След откриване на радиоактивността през първите години на столетието учените са смятали, че източник на радиоактивното лъчение в атмосферата са само земята и скалите. Много скоро обаче са забелязани, че с увеличаване на надморската височина (при опити с балони) се увеличават радиоактивните лъчения, които се дължат на космическото лъчение. По-късно е било установено, че космическата радиация е от два компонента: първична радиация – от галактичен произход, проникваща в атмосферата, и вторична космическа радиация – произлязла от реакцията на космическите лъчи с ядрата на елементите във въздуха, космическия прах, който се отлага върху планетата и др. Тази активност идва главно от леки радионуклиди, каквито са: берилий, натрий, алуминий, ванадий и др. Космическите лъчи, които достигат до земната повърхност, могат да създадат радиоизотопи, но радиоактивността им в  сравнение с другите радионуклиди с естествен произход е изключително ниска и няма особено значение.

 

Таблица №6.  Калий-40 в земната кора

 

Видове скали	Концентрация µg/g
Ултраосновни	0,0047
Базалти	0,98
Висококалциев гранит	2,97
Нискокалциев гранит	4,96
Сиенит	5,66
Шисти	3,14
Пясъчници	1,26
Варовици	0,32
Дълбокоморски утайки
Варовици	0,34
Глини	2,95

 

С най-голямо значение от биологично гледище са образуваните по този начин в атмосферата въглерод-14 и тритий. Въглерод-14 се образува от облъчването с неутрони на азот-14, а тритият – от водорода. Радивъглеводородът, включен в органичния свят, следва пътя на стабилния изотоп и това помага за изучаване на редица процеси, като фотосинтезата, разлагането на органичното вещество, определяне възрастта на органичните образувания и др. Той преминава и във въглищата, нефта и други, а също и в неорганичните въглеродни съединения (карбонати) и други. Тритият също се смесва с водорода във водата, органичните и други съединения, в които влиза като съставна част и участва в кръговрата на веществата, но неговият период на полуразпадане е много по-кратък. Голяма част от трития и въглерод-14 се акумулират в океанските води.

Смята се, че съдържанието на радиоактивни елементи е резултатът на ядрени реакции в атмосферата и през последните 1000 години постоянно присъстват в нея. Естествено тук не става въпрос за радионуклидите, резултат на изпробването на ядрено оръжие и на друга човешка дейност, а само на природните космогенни радионуклиди. Интерес представлява установената зависимост за съдържанието на радионукиди в атмосферата не само от надморската височина, но и от географската ширина на земното кълбо. Установено е, че с отдалечаване от екватора на север интензивността на космическото лъчение се увеличава.Това се свързва с влиянието на магнитните полета на планетата.

Радиоактивността на приземния въздух се обуславя главно от родона и торона и дъщерните им продукти(радонът е дъщерен продукт на радия, а торонът - на тория. Тези газове се излъчват от скалите, почвите, водните басейни. Според Баранов радонът от 2 х 10-10 Ci/l в почвения въздух намалява в атмосферния въздух над океана с отдалечаването от брега до 1 х 10-15 Ci/l.

Излитайки от земята в атмосферата, радонът и торонът също се разпадат и произвеждат различен брой краткоживеещи изотопи. Изобщо количеството на тези изотопи в атмосферата се определя от различни условия: съдържание в скалите и почвите, надморска височина, ветрове, температура, валежи (дъжд, сняг и др.), сезон, почвена температура и др. Специалните наблюдения за съдържание на радон и торон в почвения въздух от А.А.Красюк и Б.А.Красюк са установили, че съдържанието на радий в почвения въздух е средно 2000 пъти по-високо, от колкото в атмосферния въздух, най-висока еманация имат гранитните почви, а най-ниска - песъчливите; в една и съща почва еманацията може да се колебае чувствително в зависимост от валежи, слънчево греене, температура, ветрове, дълбочини на хоризонта и други. Баранов е обобщил изследванията върху естествено радиоактивните елементи в почвата и почвения въздух, като определя и коефициент на еманация на различни почвени типове, почвени хоризонти, съдържание на хумус и др. Значително влияние върху намаляване концентрацията на радона и дъщерните продукти оказват въздушните и температурните инверсии и движение. Ветровете, особено откъм океаните или други водни басейни, разреждат радиоактивността. Установено е, че през зимата в сравнение с летните месеци концентрацията на радона е по-ниска десетина пъти. Неколкократно варират тези концентрации (3-5 пъти) и през деня-намаляват през следобедните часове в сравнение със сутрешните.

Установени са различия и в сградите, построени от камъни, тухли, цимент, с тези от дърво поради различните условия за вентилация.

Обикновено в сградите и жилищата с влошена вентилация се съдържат повече радон и дъщерни продукти в сравнение с въздуха извън сградите. Така върху някои острови в океана (Хавай,Филипини и др.) съдържанието на радон във въздуха е от 1-4.10-¹² µCi/m³ (0,037-0,15Bq /m³), а във Вашингтон 4,4 Bq или 0,12pCi/cm³(103). От гледна точка на големи групи от населението обаче нивото на облъчването извън сградите има по-голямо значение, отколкото това в сградите, тъй като в тях то зависи от строителните материали, от отслабването на външната радиация поради преминаването през стените и др.

2.1.3. Хидросферата, като източник на радиация

Химичният състав на водите на реките и моретата зависи в най-голяма степен от вида и състава на скалите от водосборните има басейни. Радиоактивните елементи, съдържащи се в хидросферата, също произхождат предимно от литосферата. Чрез транспорта на разтворени или твърди частици от сушата и от вулканични изригвания те се отлагат в моретата и океаните. По-ограничено е постъпването на радиоелементи от атмосферата – чрез валежи или космическо излъчвания.

За средното съдържание на основните естествени радиоактивни елементи в морската вода и повърхностните утайки може да се съди от таблица 8. От нея се вижда, че е най-високо съдържанието на калий-40, рубидий-87, уран-238, торий-232, като това на калия е с 2-4 порядъка по високо от съдържанието на останалите споменати елементи и многократно по-високо от другите елементи, посочени в таблицата. Докато на калий-40 се дължи около 11 Bq/l, на рубидий-87 и на урана се падат около 0,11 11 Bq/l от общата радиоактивност на океана.

 

Таблица №7. Средно съдържание на радиоактивни изотопи в океана

и в повърхностни утайки

 

 

Прави впечатление по-ниската концентрация на торий-232 в сравнение с уран-238 въпреки по-високото съдържание на първия в седиментите. Това явно се свързва с по-голямото присъствие на урановите комплекси в наситена с карбонати водна среда, както и на афинитета на урана към органичните материали. Наблюдава се също по-ниска концентрация на радия в морската вода вероятно поради образуването на неразтворим радиев сулфат. По такъв начин се изменя радиоактивното равновесие между урана и радия вследствие различните химични съотношения на веществата във водата.

Естествено концентрацията на радиоелементите в морето се мени в зависимост от близостта на брега и влиянието на водите на вливащите се реки, които по-често опресняват морето с по-ниското си съдържание на радиоактивни елементи.

В морските води с валежите от атмосферата се отлагат най-често продукти на разпадането на радона или на ядрените реакции, извършвани в нея (радиовъглерод, тритий).

За съдържанието на радионуклиди в питейната вода съобщава Клемент. В различните страни, както и в отделните райони на страните се наблюдават някои различия в съдържанието на радиоелементи. Така от 41 места в САЩ съдържанието на радий в градските питейни води е било между 0 и 6.29 mBq/l. Има и изключения с многократно по-високо съдържание. Във ФРГ са наблюдавани малко по-високи средни стойности от тези в САЩ. По обобщени данни концентрацията на Ra-226 в питейната вода варира от 3,7 до 37 mBq/l. В реките и езерата се установява обикновено по-малка активност в сравнение с дълбоките кладенци и минералните води.

Понякога може да се наблюдават изменения в съдържанието на радионуклиди при третирането на питейната вода, но обикновено съдържанието им е в зависимост от природните им ресурси. Наблюдаваното от някои увеличения на съдържанието на олово се обяснява обикновено с постъпването му от оловните тръби. Речните води по подобие на морските се отличават с по-ниско съдържание на торий в сравнение с урана, свързано с по-ниската разтворимост на тория. Връзката на водите с терените и скалите през които преминават реките, е добре установено. Най-често абсолютните стойности на отделните радиоелементи в речните води са, както следва: уран- от n x 10-8 дo n x 10-4 g/l; торий- от n x 10-8 до n x 10-7 g/l, а на радия от n x 10-12 g/l до n x 10-14 g/l и в зависимост от съдържанието на уран. Концентрацията на радона е в частици от единица или няколко единици емана (10-10 Ci/l). Твърде големи различия са установени в съдържанието на радиоактивните елементи в подземните води. Наблюдавано е съдържание на нови находища. Варирането на съдържанието на радон също е значително – от n x 10-9 до n x 10-13. В повечето случаи подземните води съдържат значително количество радон, надхвърлящо равновесното му количество поради невъзможност да излита в атмосферата. Водите на киселите магмени скали съдържат радон 100-300 емана, а в близост до уранови находища – десетки хиляди емана.

Нашата страна е богата на радиоактивни минерални води. Установено е, че горещите минерални извори съдържат по-малко радон, а с намаляване на температурата на водата количеството му се увеличава. Най-висока концентрация радон е установена в минералния извор в с.Ошава, Благоевградски район(3000 х 10¯¹ºCi, или 3000 емана), но с висока радиоактивност са и водите на Нареченските бани-1130 емана, Момин проход-580, Клисура-293, Стрелча-240, Хисар-165, Чепино73 емана и др.

Радиоактивността на водите не може да оказва някакво съществено влияние върху появите и растенията, но тя представлява интерес от гледище консумацията на водата и достигане на дозата за вътрешно облъчване на човека. Тук не става дума за използване на радиоактивните води за лечение на редица болести, за което лекарите са ги препоръчвали десетилетия на наред.

Съдържанието на естествени радиоактивни елементи във водите дава информация за радиоактивността на скалите, които обогатяват почвите, растенията и атмосферата с тези елементи.

2.1.4. Литосферата, като източник на радиация

Почвите, като продукт на изветряването на скалите, наследяват минералния им състав и разпространените в тях в малки количества естествени радиоактивни елементи. Следователно радиоактивността на почвите зависи в най-голяма степен от състава и вида на почвообразуващите скали.

Основни естествени радиоактивни елементи в почвите са: калий-40, уран-238, торий-232 и радий-226. Съдържанието на калий освен от скалите, може да бъде повлияно и от практическата дейност на човека – употребата на калиеви торове, отглеждането на калиеволюбиви растения, мелиорациите и др. Значението на другите редкоземни радиоактивни елементи е твърде ограничено. Още по-малко значение за почвената радиоактивност имат и космогенните елементи – въглерод – 14, тритий (3H), постъпващи с валежите.

Фундаментални проучвания върху съдържанието на радиоактивните елементи в почвите са извършени от известните съветски учени А.П.Виноградов, Баранов В.И., Гродзинский Д.М. и други, които доразвиват основните идеи на Вернадский В.И. за участието и ролята на радиоактивността в биосферните процеси.

При проучванията са обхванати почви от обширни и разнообразни територии от Русия и съседни републики, като е определен голям брой естествени радиоактивни елементи. Общият извод от тези изследвания е, че около 2/3 от почвената радиоактивност се дължи на калий-40, а останалата 1/3 част се разделя приблизително по равно между урана, радия и тория. Проведените в последно време изследвания на почвите от Белоруската, Молдавската, Грузинската, Казахската, Киргизката и други съветски републики и райони показват, че съдържанието на уран 238 в почвите на тези страни се колебае от 1 до 43 Bq/Kg; на торий-232 от 2 до 91; на радий-226 от 3 до 90; и на калий-40 от 129 до 1238 Bq/Kg. Средното съдържание на споменатите радиоелементи е съответно 16,35,33 и 618 Bq/Kg. Участието на калий-40 в естествената радиоактивност на почвите достига 88%, а останалите елементи заемат от 2 до 5,5 % от нея.

Образуването на почвите е резултат от съвкупното действие на различни природни фактори и условия; скали, релеф климат (температура, влага), възраст на скалите, растителни и животински организми, а след появата на човека на Земята и на неговата стопанска дейност. Взаимодействието на тези фактори обуславя протичането на различните елементарни физични, химични и биологични процеси, които определят вида и характера на почвообразувателния процес и формирането на свойствата на преобразуваща се в почва скала. Макар и да има някои предположения, не е доказано научно ролята на радиоактивните елементи в процеса на почвообразуване. Някои автори, като изхождат от постоянното лъчение на радиоактивните елементи, допускат активиращо въздействие върху дейността на микрофлората, растенията и другите организми, което може да доведе до разрушаване не кристалните решетки на глинените минерали и до други процеси, свързани с почвообразуванвето. Тези въпроси не са още достатъчно изучени. Все още твърде малко се знае за ролята на радиоелементите в почвообразуването, макар че са натрупани интересни данни за някои биохимични процеси.

Различните райони на планетата скалите, минералите и други се характеризират с определени постоянни съотношения на изотопния им състав, по които може да се установи генетичната връзка, приемствеността и други природни образувания и тяхното развитие. Така по съотношенията на изотопите на хлора в метеорити,вулканични отделния и утаечни скали са едни и същи. Има обаче данни, показващи, че често при геохимични и биохимични процеси се нарушават изотопните съотношения. Това се наблюдава особено при въвличане на елементите в жизнените цикли, при миграционните процеси и други. За еталон в такива случай се изолира съотношението на изотопите в океана, където изотопния състав на химичните елементи е най-постоянен.

В агрохимията и физиологията се използва съотношението на изотопите на азота (азот-15 и азот-14). Съотношението на тези два изотопа във въздуха, водата, почвите и торовете е практически еднаква. Но понякога се наблюдават отклонения. Така например нитратните торове са повече обогатени с азот-15 в сравнение с амониевите; азотът на органичното вещество може да бъде обогатен с азот-15 в сравнение с изотопния състав на въздуха. Продължителната употреба на нитратните торове в културните почви е довела до известно увеличение на тежкия азот (азот-15) в сравнение с целинните почви.

Използвайки постоянното съотношение на азот-15 и азот-14 във въздуха за стандарт, специалистите по агрохимия провеждат различни опити с белязани с тежък азот торове за установяване усвоимостта на азота и торовете в почвата, за проследяване метаболизъма на азота в растението и др.

За определяне възрастта на погребани почви, торфени образувания и археологически обекти успешно е използван въглерод-14, който се използва и за изясняване процесите на хумосообразуване, както и във физиологията – на фотосинтезата и др.

Съотношението на изотопите на хелия (хелий-3 и хелий-4) е използвано за изучаване на почвообразувателните процеси и на произхода на почвения въздух. В почвения въздух се съдържа по малко от лекия изотоп на хелия и използвайки тези различия, може да съдим за ролята на почвения въздух в атмосферния, връзката му с газовете от земните слоеве и др. Интересни са за изследванията са изотопите на кислорода (кислород-16 и кислород-18) за различията в съотношението им в дъждовната вода, от различните географски ширини. Наблюдавано е увеличение на тежкия кислород в атмосферните утайки от тропическите райони и др.

За се изясни влиянието на естествената радиоактивност върху почвообразуването, необходимо е да се определи въздействието на елементарните частици и гама лъчите, излъчвани от радиоактивните елементи, т.е. от значение е енергетичната характеристика на лъченията. Радиоактивността на почвата се преценява по количеството енергия, което се получава от разпадането на радиоактивните изотопи в 1 гр. почва, изразено в мегаелектрон волти (MeV за 1s). Установено е, че 60% от излъчваната енергия се пада на алфа-излъчванията (разделена по равно между урана и тория). Бета-лъченията заемат 28% от общата енергия, като на калий-40 се падат два пъти повече от урана и тория взети заедно. Енергията на гама лъченията представлява 7% , като ¾ от нея се дължи на калий-40, а останалата ¼ - по равно на урана и тория.

Значението на това съотношение на лъченията за почвата и организмите в нея е по друго. Алфа-лъчите се поглъщат от тънък слой почва и не могат да оказват съществено влияние. Гама-лъчите представляват малък процент от общата енергия на радиоактивното излъчване и йонизиращата им способност е слаба. Бета-лъчите имат по-голямо значение за микроорганизмите и растенията в почвата. Те имат проникваща способност и причиняват йонизация. Значението на гама-лъчите обаче е по-голямо за формиране на естествения гадиоактивен фон за средата. Изучаването на естествените радиоактивни елементи в почвата има значение за няколко направления в почвознанието.

Преди всичко знанията за съдържащите се в почвата радиоактивни елементи попълват знанията ни за геохимичния състав на почвата и характеристиката й като природно тяло. Съотношенията между радиоактивните елементи и техните дъщерни продукти позволяват да се изясни протичането на някои процеси в почвата, напредването на процесите на изветряване и почвообразувателните процеси. Също така по атомните съотношения и някои двойни радиоактивни елементи и техните дъщерни продукти може да се съди за геологичната възраст на почвите и скалите.

Особено важно е значението на естествената радиоактивност на почвите като радиоактивен фон – за установяване на степента на радиоактивното замърсяване.

Предполага се, че естествените радиоактивни елементи играят някаква роля и за развитието на микроорганизмите и растенията в почвата, но и в това отношение все още няма ясно установена зависимост.

2.1.4.1. Естествени радиоактивни елементи в почвите на България

Съдържанието на основните естествени радиоактивни елементи в различните почви на страната не се отличават съществено от подобните данни за почви от другите райони на света (табл.7). Така Баранов съобщава за почвите на европейската част на СССР – съдържанието на уран от 3.10^-6 до 5,1.10^-4 %, а Гродзински – за различни почви от Украйна – съдържанието на уран от 7,7.10^-5 до 25,2.10^-5 %. Средното съдържание на уран в българските почви е 9,45.10^-5 %, а колебанията му са от 1.10^-5 до 7.10^-4 %. Съдържанието на торий варира от 3,8до 15,8.10^-4 %, а средното съдържание е 7,7.10^-4 %. Съдържанието на радий варира от 0,1.10^-10 до 2,1.10^-10 Ci/kg, средното съдържание е 27.10^-10 Gbq/kg. От останалите радиоактивни елементи без съдържание е рубидий-87 (приблизително 100 mg/kg), а самарият, лътедият и лантанът са в незначителни концентрации.

При отделните почвени различия са наблюдавани чувствителни отклонения от средните данни на радиоактивността, което се дължи главно на различието в почвообразуващите материали и материнските скали.

Установено е, че естествената бета радиоактивност на българските почви поради тези различия варира най-често между 5 и 35 pCi/g почва (от 185 до 1295 Bq/kg) и преобладаващата част от тях, около 2/3 от нея се дължи на калий-40. Понякога частта на калий-40 в общата бета-радиоактивност на почвите може да достигне до 80-90 %. Само при планинските ливадни, торфените и засолените почви калий-40 съставя малка част от бета радиоактивността поради по-голямото количество на урана и тория в тези почви.

От схемата (фиг.7) се вижда, че общата бета-радиоактивност на почвите, развити върху льос, льосовидни глини, мергели и други утаечни скали от Северна България, черноземни и сиви горски почви, в сравнение с почвите от Южна България, развити предимно върху кисели масивно кристалични скали (кафяви горски, канелени горски почви), е значително по-ниска. С най-ниска обща бета-радиоактивност са планинско-ливадните почви поради ниското им съдържание на калий-40, който е главният компонент на общата бета-радиоактивност. Това са обобщени данни – при всеки почвен тип има отклонения поради разнообразната географска основа на почвообразуващите скали на отделните типове почви.

При изследване количественото съдържание на основните радиоактивни елементи в отделните почвени типове, профили и хоризонти са установени някои връзки на тези елементи с главните свойства и показатели на почвите. Най-добре изразена праволинейна зависимост се получи между общата бета-радиоактивност и съдържанието на калий в почвите. В кафявите горски почви корелационният коефициент между тези показатели е r = 0,831 и т.н. При някои почви в зависимост от различията в състава на радиоелементите този коефициент има по-ниски стойности. Високият корелационен коефициент между общата бета-радиоактивност и калий-40 в някои скали, материали, почви дава основание на някои автори да предлагат радиометричния метод за определяне съдържанието на калий в тези материали.

 

Фиг.7. Общата бета-радиоактивност на почвите, развити върху льос, льосовидни глини, мергели и други утаечни скали от Северна България

 

При отделни почви е установена корелация между съдържанието на уран и хумус; между съдържанието на радий и иловите частици; между съдържанието на торий и иловите частици и други, които се обясняват с химичното поведение на тези елементи в условията на различните почвообразувателни процеси, хоризонти и др. Не всякога обаче тези зависимости са добре изявени  поради сложните условия и различията при отделните почвообразуващи процеси.

Общата бета-радиоактивност, която е обусловена главно от калий-40, уран и торий, не варира значително по дълбочината на почвения профил, но при отделните радиоелементи се наблюдават различия. Най-често в хумусния хоризонт и в карбонатните почвообразуващи скали се наблюдава повече уран поради свързване с ограниченото вещество и карбонатите. Във В-хоризонтите се натрупват повече радий и торий. Бе установено с цел порядък по-високо съдържание на уран в желязо-мангановите конкреции на засолените почви. Калият варира в зависимост от механичния състав, по-често намалява в почвообразуващата скала (слюди, амфиболови шисти и др.) има високо съдържание на калий (респ. на калий-40).

При изследване количественото съдържание на основните радиоактивни елементи в отделните почвени типове, профили и хоризонти са установени някои връзки на тези елементи с главните свойства и показатели на почвите. Най-добре изразена праволинейна зависимост се получи между общата бета-радиоактивност и съдържанието на калий в почвите. В кафявите горски почви корелационният коефициент между тези показатели е r = 0,831 и т.н. При някои почви в зависимост от различията в състава на радиоелементите този коефициент има по-ниски стойности. Високият корелационен коефициент между общата бета-радиоактивност и калий-40 в някои скали, материали, почви дава основание на някои автори да предлагат радиометричния метод за определяне съдържанието на калий в тези материали.

2.1.5. Растенията, като източник на радиация

Като част от природната среда растенията също притежават радиоактивност. Радиоактивните елементи постъпват в тях главно от почвата и от въздуха. Още М.Кюри, а по-късно и Вернадски са смятали, че радиоактивността е условие на развитие на растенията и другите живи организми. В създадената от Вернадски биохомична лаборатория в началото на столетието са извършени много изследвания от него и неговите сътрудници, които са му дали основание да твърди, че концентрацията на радиоактивните елементи в живото вещество има значение за енергетиката на биосферата и че съществува връзка между съдържанието на радиоелементи и интензивността на живота. Редица изследвания са проведени специално върху натрупването на уран и радий в различните видове растения и техните органи. Така е установено, че в пепелта на растенията средното съдържание на уран е от 10^-2 до 10^-7 %, а на радия – n.10^-12 %. При отделните систематични единици на растенията се наблюдават значителни различия в концентрацията на радиоактивните елементи.

Освен уран и радий в радиоактивността на растенията вземат участие и други радиоактивни елементи: торий, мезоторий, йоний, полоний, радиовъглерод, калий-40 и др. По-голямо е участието на калий-40 във висшите растения, особено тези, които се торят. При високо съдържание на калий в растенията може да се стигне до 60-85 % и повече от бета-радиоактивността да се дължи на калий-40. При мъховете и лишеите, които съдържат малко калий, радиоактивността, дължаща се на този изотоп, е нищожна (1,3 %). В повечето голосеменни растения дължащата се на калий-40 бета-радиоактивност е приблизително 10 % повече от общата.

Според данни на Баранов и Титаева съдържанието на калий в пепелта на растенията е средно 3,5.10^-4  %, а в живото вещество – 3,5.10^-5 %. Известно е, че калият като един от основните макроелементи има висок коефициент на биологично поглъщане. Този термин въведен от Перелман, изразява отношението на съдържащия се в пепелта на растенията елемент към съдържанието  му в почвата. Същият автор разделя всички елементи според класификацията на биологичното им поглъщане на 4 групи. От радиоактивните елементи с най-високо биологично поглъщане са калият и рубидият: средно – радият, а слабо и съвсем слабо – уранът. Естествено при увеличаване съдържанието на уран в почвата (или друг елемент) се увеличава и концентрацията му в растителната пепел.

Подробните изследвания на Гродзински върху естествената радиоактивност при над 300 вида цветни и голосеменни растения, мъхове, лишеи, гъби, водорасли и други от различни райони на Украйна са му дали възможност да предположи, че между систематичното положение на растенията и естествената радиоактивност има определена зависимост. Според нарастването на естествената различните групи растения може да се определят така: висши цветни растения, голосеменни и папратообрани, мъхове, лишеи. С най-висока радиоактивност се характеризират низшите растения. Натрупването на радиоактивните вещества е характерно за древните примитивни форми на растения, които са се зародили.

Независимо от тези общи закономерности и в някои висши растения в зависимост от условията на средата и някои особености на растенията се акумулират по-големи количества радиоактивни елементи. Така например е установено, че лозата, чесънът, целината и други концентрират големи количества уран. В семената на гроздето се съдържа 2800 х 10^-6 % уран, в луковицата на чесъна 41,07 х 10^-6 %, а средно за останалите растения съдържанието на уран в пепелта е приблизително 1 х 10^-6  %. Не са изяснени причините за акумулация на урана в органите на тези растения.

2.2. Естествен радиационен фон

Естествения радиоактивен фон, при който живеят хората, се изгражда от радиоактивността на разгледаните по-горе компоненти на природната среда. Известно отражение върху него дават и сградите, и производствените условия. Тук не става дума за предприятията, в които се работи с радиоактивни материали, лъчения, или се произвеждат такива, като се използва атомната енергия и други, които съставят изкуствения радиоактивен фон. За естествения радиоактивен фон освен калия, урана, радия и тория и техните дъщерни продукти има значение радонът и торонът. Дълго време на последните не се е отдавало значение при оценка на облъчването на човека, тъй като те са краткоживущи алфа-излъчватели, инертни газове, които не се включват в обмена на живите организми, но постоянното им присъствие в обкръжаващия въздух води до облъчване на трахеята и алвеолите. Установено е, че относителното им участие в облъчването на човека е значително (фиг. 8).

 

Фиг. 8. Относително участие на различни съставни части на естествения радиоактивен фон при облъчване на населението

 

Средната ефективна доза на облъчване на жител на планетата е 2000 Sv на година. Жителите в отделни райони, градове, страни обаче имат съществени различия по консумираната от тях доза на облъчване. Например жителите на гр. Гуарапара в Бразилия ежечасно получават 26 пъти по-голяма доза радиация от тези на европееца, или за всеки час на плажа на този град посетителят получава 250 пъти повече облъчване от торий, радон и дъщерни продукти, отколкото в Неапол или Черно море (фиг. 9).

 

 

Фиг. 9. Дози радиация от естествени източници в различни страни

 

Главният природен източник на вътрешно радиоактивно облъчване на човека е калият. Данни за съдържанието на калий в човешкия организъм и ролята му в зависимост от възраст и пол са посочени на фиг. 10. От фигурата се вижда, че съдържанието на калий-40 при мъжете е 24-30% повече, отколкото при жените, във връзка с по-голямата им мускулатура и по-ниското съдържание на мазнини. Мускулите съдържат най-високо количество – средно около 0,36% калий от масата, което отговаря на 3 pCi/g (111 Bq/kg), а мазнините – 0,06 % калий или 0,5 pCi/g (18,5 Bq/kg). Тези данни имат значение за оценка на практическата доза на облъчване на човека.

 

 

Фиг. 10. Съдържание на калий в зависимост от възраст и пол

(А-Жени, В-Мъже)

 

Ясно е, че целия свят, всички живи същества-растенията, животните и човекът, са съпътствани от постоянното действие на атомната радиация, за която се допуска дори, че в определени граници е необходима за живота. Предполага се, че в еволюционното си развитие организмите при нормални земни условия, са се приспособили към определени граници на радиацията, както към другите постоянно действащи фактори (температура, влажност земно притегляне, химични фактори и други) с които се прави аналогия. Не става въпрос за облъчването с високи дози радиация, каквито се получават при атомни експлозии, аварии на реактори и други, чието действие е известно като убийствено. Последствията му обикновено са: съкращаване продължителността на живота, радиационен канцерогенез и генетични последствия.

Предположенията за положително влияние на малките дози радиоактивни лъчения върху живота на организмите се основават на редици опити с изкуствено облъчване. Дори се съобщават резултати от опити с мишки и други, според които животът на мишките се продължава, стимулират се основни реакции и имунитетът, стимулира се плодовитостта и плодоотношението при растенията и др.

Практическия смисъл на въпроса за малките дози радиация се състои в това, че той е свързан с нормите и условията на живот на човек в атомния век, когато стават известни изменения на радиоактивния фон на обкръжаващата среда. Както е известно, има много страни и райони, където естествения радиоактивен фон е значително по висок, без това да се отразява на продължителността на живота на населението.

Замърсяването на околната среда с радиоактивни вещества започва с възникването на атомната промишленост. Отначало това не е било известно, пък и липсата на информация за тази дейност поради секретността на производството не дава възможност да се оцени точно размерът на  това замърсяване. Доколкото е допуснато, може да приемем, че то е сравнително ограничено и локално. На различни етапи на производство на урановото гориво (открити или закрити рудници, хидрометалургично производство и концентрация на урана, очистване, обогатяване и др.) е възможно замърсяване с радионуклеида уран и особено с радон (радон-222). Отпадъците от хидрометалургичните заводи могат да попаднат в най-близките реки и при напояване да се замърсят площите и растенията. В такива случай при замърсени с уран води се препоръчва да се отглеждат специални водорасли, които могат да извличат и концентрират урана и да очистват водите.

2.3. Замърсяване от атомни реактори за мирни и медицински цели

При използването на ядрената техника в народното стопанство, медицината, научните изследвания и други, в околната среда също попадат незначително количество радиоактивни вещества. Газообразни отпадъци в малки количества се изхвърлят в атмосферата от реакторите и заводите, обработващи ядреното гориво, оттам те попадат в почвата и по пътя на хранителните вериги достигат до растенията, животните и човека.

Нека не забравяме, че стимулиращите и леталните дози радиация за отделните видове организми са твърде различни. Изследванията показват, че някои растителни видове понасят доста високи дози радиация, а в условията на повишена радиация популациите на някои насекомни вредители, например листните въшки бързо нарастват и причиняват големи щети на селското стопанство.

При нормален работен режим на атомните инсталации и апарати също се изпускат незначително малки количества радиоактивни вещества в реките. В сравнение с радиоактивното замърсяване и облъчването от ядрените взривове, особено в атмосферата, тези източници на замърсяване са обикновено незначителни. Независимо от това големият брой изотопни лаборатории увеличава риска от радиоактивно замърсяване при неспазване правилата за работа и съхраняване на отпадъците. Такъв пример имаме и за нашата страна, когато при невнимателна работа през юни 2011 година в една от фирмите работеща с радиоактивни елементи, няколко работника получиха по-висока доза радиация от допустимата и бях изпратени на лечение във Франция.

2.4. Радиоактивно замърсяване при аварии в АЕЦ

В атомните електроцентрали, ядрените реактори всички радиоактивни вещества са в затворени системи и могат да бъдат изхвърлени навън само при аварии. При реакторите с водно охлаждане водата се активира и замърсява с радиоактивни вещества, но преди изхвърлянето тя се подлага на сложно пречистване и се прекарва през колони йонити за задържане на радиоактивните замърсители. Независимо от най-строгите мерки за безопасност при експлоатацията на ядрените реактори през вентили, помпи и други се допуща понякога изтичане на замърсени води и въздух. Съвсем естествено е, че най-опасни, от гледна точка на  радиоактивно замърсяване са аварийните ситуации.

Сериозни размери на радиоактивно замърсяване са допуснати при авариите на реакторите на атомните електроцентрали, независимо че при проектирането и строителството на атомните реактори се вземат всички известни предпазни мерки против аварии. Авариите, които станаха на реактори в Англия, САЩ и Русия, несъмнено показват огромната опасност за човечеството, когато атомът се изпусне от контрола на човека.

Статистиката показва, че при авариите на реакторите на атомните електроцентрали, независимо че при проектирането и строителството на атомните реактори се вземат всички известни предпазни мерки против аварии, радиоактивното замърсяване достига огромни мащаби. Авариите, които станаха на реактори в Англия, САЩ и Украйна (бившия СССР), несъмнено показват огромната опасност за човечеството, когато атомът се изпусне от контрола на човека. Последствията от големите аварии в АЕЦ са сходни с последствията от взривяването на атомните бомби и по своите мащаби се доближават до геологическите катастрофи.

 В съвременните ядрените реактори, с висока степен на безопасност,  всички радиоактивни вещества са в затворени системи и могат да бъдат изхвърлени навън само при аварии. При реакторите с водно охлаждане водата се активира и замърсява с радиоактивни вещества, но преди изхвърлянето тя се подлага на сложно пречистване и се прекарва през колони йонити за задържане на радиоактивните замърсители. Независимо от най-строгите мерки за безопасност при експлоатацията на ядрените реактори през вентили, помпи и други се допуща понякога изтичане на замърсени води и въздух, които пряко или косвено чрез валежите достигат почвата. Най-опасни за радиоактивно замърсяване са аварийните ситуации.

Такъв е примерът с аварията в Уйндскейл - Англия. На 8.Х.1957 г. в реактор №1 рязко се покачва температурата, операторите не успяват да контролират процеса. Решетката се стопява и горивото започва да изтича и да гори. Коминът на реактора започва да имитира  радиоактивен дим и да замърсява околната среда. Работниците от централата получават 150 пъти по-висока доза радиация над допустимата, а местността в близост - над десетократно по-висока. Радиоактивните облаци надвисват над Северна Англия, Шотландия и част от Северна Европа. На 4-тия ден след аварията пожарът е потушен. За щастие по време на аварията смъртни случаи няма. Замърсяването на пасищата, а от там и на млякото на кравите с радиоактивен йод, е причина да се изхвърлят огромни количества мляко в океана. По данни на Съвета за радиологична защита, в Англия за 30-годишен период, вследствие на облъчването се разболяват и почиват 33 души.

Както в повечето подобни случаи, властите на Великобритания по политически причини не разкриват причините и същността на аварията в Уйндскейл. Това е направено едва след 30 години.

Огромна по своите мащаби е и аварията в Три Майл Айланд - САЩ, която става на 29 март 1979 г. Независимо от значителната повреда в активната зона на реактора, целостта на защитната му обвивка не е нарушена и радиоактивното изхвърляне и замърсяване на атмосферата и вътре в станцията при аварията се оказва много малко. Температурата при аварията в различните части на горната половина на активната зона достига 2800 С. Пренасянето и отлагането на продуктите на деленето в защитната обвивка ТМ -2 се ограничават с инертни газове и само неголеми количества продукти на делението попадат в атмосферата, макар че първоначално са изхвърлени повече от 20 % йод и повече от 50 % цезий. В последствие, тези радиоизотопи са открити в ниските слоеве на атмосферата. След задълбочени анализи на причините и обхвата на аварията са извлечени ценни поуки  по отношение на конструкцията и техническата безопасност на реакторите.

Най-голямата авария в АЕЦ е тази в Чернобил, Украйна. На 26 април 1986 г. авария претърпява 4-ти блок на Чернобилската АЕЦ, което довежда до тежки последици за страната и съседните и почти всички европейски държави.

 

3. Последици за околната среда от авариите в атомните централи   

Аварията в Чернобилската атомна електроцентрала провокира   изменение на радиоактивността на въздуха, водите, почвите, растителната и животинската продукция и др. в значителна част от територията на Съветския съюз и редица други страни на запад и югозапад от него. Радиоактивното замърсяване е регистрирано и в редица други страни от Централна и Северозападна Европа.

На 26 април 1986 г. човечеството бе изправено пред ядрения апокалипсис-авария претърпява 4-ти блок на Чернобилската АЕЦ, което довежда до тежки последици за страната: пряко загиват 31 души, здравето на много хора е разрушено и е замърсена територия около 1000 кв.км. в съседство с централата. Големи площи селскостопански земи са изоставени, спряна е работата на предприятия и строежи, от 30-километровата зона са изселени няколко десетки хиляди души.

Аварията в Чернобилската атомна електроцентрала стана причина за изменение на радиоактивността на въздуха, водите, почвите, растителната и животинската продукция и др. в значителна част от територията на Русия и редица други европейски страни на запад и югозапад от него. Радиоактивното замърсяване от Чернобил бе регистрирано и в редица други страни от Централна и Северозападна Европа, включително и у нас..

Последвалите проучвания показват, че пряко или косвено от радиацията са засегнати над 480 милиона човека.

В България радиоактивното замърсяване в резултат на аварията в Чернобил е регистрирано за първи път в пунктовете от мрежата на Главно управление по хидрология и метрология, на 1 май 1986 година след обед, като увеличена радиация на въздуха. В следващите дни редица специализирани организации и лаборатории, разполагащи с апаратура и специалисти по дозимерия и радиационна защита, обхванаха в постоянно наблюдение и контрол различните компоненти на природната среда (въздух, вода, почви, растителност, хранителни продукти и др.) и отделни групи от населението.

Натрупаното голямо количество данни показва, че с въздушните маси на север и североизток са донесени на територията на България различни радиоактивни продукти, образувани от аварията в Чернобил, и чрез валежите те са отложени върху растителността и почвата  в различните райони на страната. При изследване на замърсяването значителен интерес са предизвикали т.нар. „горещи частици”, образувани от експлозията и атомното гориво, които са със слаба разтворимост и много висока радиоактивност и съдържание на няколко радиоактивни изотопа. Тези частици са установени върху открити повърхности, стъкла, листа на растенията, в праха и други. Подробно е изследвана радиационната обстановка и динамиката на замърсяването на почвите, растенията, растителните и млечните продукти, млякото, месото и други, за периода май-септември 1986 г. 

 

4. Развитие на полемиката „за и против” ядрената енергетика и използването на атомната енергия за други цели

4.1. Рискът от радиоактивно замърсяване при АЕЦ

Kaкто е известно, атомната енергетика се налага освен поради голямата си икономическа ефективност и поради обстоятелството, че другите енергоносители  (топлинни, водни и др.) на планетата са твърде ограничени, докато резервите от ураново гориво са практически неизчерпаеми. Най-развитите в техническо и икономическо отношение страни - САЩ, Франция, Англия, Германия, Русия, Япония и други имат висок процент на използвана енергия от атомни източници. В някои страни атомната енергия е главен източник на електрическа енергия. Пътят на развитие на атомната енергетика не е бил само успешен, а е свързан с трудности , особено след станалите аварии в АЕЦ. Сега Швеция е единствената страна, която обяви политика на отказване от атомната енергия, а Германия се готви да последва нейния пример.

В Австрия по законодателен път е забранено пускането на единствения й атомен реактор. Останалите страни ясно са заявили намеренията си да продължават изпълнението на ядрените си програми, включително и разработки  на нови ядрени проекти.

Според много автори (Божинов Т., 1990; Стадницкий и Радионов, 1984, Найденов, 1990,  2009 и др.) при изгарянето на нискокалоричните каменни въглища също се отделят  някои естествени радиоактивни елементи, които замърсяват  околната среда и променят нейните свойства в негативна посока. Известно е, че каменните въглищата съдържат въглерод-14, а също и различни количества уран, торий, дъщерните им продукти (радий-226,торий-230) и калий-40. Така например в западните щати на САЩ въглищата съдържат приблизително 10 мг/кг, или по-малко радиоактивни елементи. При изгарянето на въглищата цялото количество въглерод-14 излита във въздуха, а от останалите радиоактивни елементи една част излита във въздуха, а друга остава в пепелта. Така около местата, където изгарят големи количества въглища, се увеличава съдържанието на радиоелементите и се повишава нивото на радиацията.

Екологическите и техническите експертизи показват, че нормално работещите атомни електроцентрали са едни от най-честите източници на енергия, радиацията в тях и около тях е далеч под ПДК. В същото време трябва да се знае, че при авария в АЕЦ, ефекта ней-често е на взрив на атомна бомба. Според американските експерти по ядрена безопасност, шансът да се случи авария в АЕЦ е едно на един милион, но най-страшното е, че не се знае, кога това едно на един милион кога ще се случи, т.е. това което плаши човечеството е непредвидимостта на ядрените аварии.

При проектирането и eксплoaтaцията нa aтoмнитe eлeктричeски цeнтрaли, кoитo щe взeмaт всe пo-гoлям дял в рaзвитиeтo нa eнeргeтикaтa у нaс и в свeтoвeн мaщaб, тeoрeтичнo се дoпуска дa сe пoлучaт рaдиoaктивни oтпaдъци, нo пoрaди взeмaнe нa всички нeoбхoдими прeдпaзни мeрки прaктичeскa oпaснoст oт рaдиoaктивнo зaмърсявaнe нe същeствувa. Чрез системата за радиоактивен мониторинг непрекъснато се осъществява  дoзимeтричeн кoнтрoл върху въздухa, пoчвитe, вoдитe, рaститeлнитe и живoтинскитe oргaнизми и други в рaйoнитe нa атомните електроцентрали, което гaрaнтирa чистoтa нa oкoлнaтa срeдa. Дoри сe смятa, чe eднa oт причинитe дa сe прeминe към  стрoитeлствoтo нa AEЦ,  oсвeн че сврлъхексплоатацията на основните  eнeргeтични изтoчници – кaмeнни въглищa, пeтрoл, прирoдeн гaз, тoрф и други,  дoвeдe дo eкoлoгичнa кaтaстрoфa, дo oбвивaнe нa зeмятa със слoй oт CO2, дo oтрaвянe нa вoдитe, пoчвитe и други, е че  чрeз стрoитeлствoтo нa AEЦ щe сe зaпaзи чистoтaтa нa плaнeтaтa. Oтпaдъцитe oт AEЦ нe мoгaт дa дoвeдaт дo зaмърсявaнe, кaктo  сe пoлучaвa при другитe нaчини зa дoбивaнe нa eнeргия.

4.2. Рискът от други приложения на радиацията

Самолетните екипажи и пътниците пътуващи в самолети с висок таван на полета, т.е. на голяма височина, също могат  да получат увеличено космическо облъчване. Неговата интензивност зависи от продължителността на полета, от слънчевата активност, от географската ширина и др.

Често пъти електронните  и светещи прибори, научноизследователски апарати, часовници, играчки и други съдържат радий-226, стронций-90, тритий и др., които допринасят за увеличаване на консумираната радиоактивна доза на хората. В съвременния бит и производство, много от апаратите, машините, приборите и предметите за употреба съдържат радиоактивни материали и имитират излъчвания при тяхната употреба.

Така например,  уранът се използва в зъботехниката като  глазура на керамиката, този елемент, както и торият придават твърдост на материалите използвани в зъботехниката. Радиоактивните  материали навлязоха в индустрията и бита с бурни темпове  след Втората световна воина.

Мирният атом навлезе масово в медицинските процедури, особено в добре развитите страни, където населението се подлага значително повече на радиоактивно облъчване. Научните лаборатории и някои производства отделят  радиоактивни отпадъци, които могат да бъдат източник на замърсяване, ако не се спазват строго указанията за чистота и безопасност за работа с такива вещества.

Още в началото на ХХ век под влияние на сведения за стимулиращо действие на радиоактивните лъчения върху развитието на растенията интересът към радиоактивността нараства и са пуснати на пазара различни препарати и торове, съдържащи радиоактивни елементи. Интересно е, че дори след края на Втората световна война и атомните бомбардировки над Херошима и Нагазаки,  отново възниква и се увеличи интересът към радиоактивните вещества като торове и в някои страни, като  САЩ, Канада, Дания, където са заложени голям брой съдови и полски опити за изпитване ефекта на радиоактивните вещества върху полски, зеленчукови и други култури.

Много учени и специалисти, убедително доказват, като резултат от многобройни съдови и полски опити, че  увеличаването  на добива от културите може да стане с помощта на разработването на нови агротехнически методи и технологии и прилагането на  много други вещества, торове и мероприятия, вместо да се използват радиоактивни вещества, които крият риска от повишаване радиоактивния фон на почвата и околната среда.

Доказано е, че с минералните торове в почвата се внасят известни количества радиоактивни вещества, които могат да формират риск за здравето на човека. Според агрохимиците и специалистите по торене,  с калиевите торове винаги се внася в почвата елемента калий-40 (0,012 % от постоянния изотопен състав на природния калий, в каквито и минерали, соли, вещества да се намира), но той не представлява опасност за живите организми.

С фосфорните торове се внасят също известни количества уран и радий, но като следи, които имат само теоретическо значение, като опасни компоненти. Установено е, че количества уран и радий във фосфорити от отделните  източници са  различни. Основание за тревога дават резултатите от проверките за акумулация на уран и радий в оранжерийни почви, при които се прилагат  в много високи норми минералните торове. Установено е, че в тези почви в сравнение със съседните нормално торени полета, съдържанието на уран се е увеличило със 75 %, а на радият с 10-70 %, за 5-10 годишен период на интензивно използване на оранжерии. Съдържанието на уран и радий в суперфосфата и фосфорита е съответно 10 и 50 пъти по-високо от съдържанието в почвите. Според направените изчисления при внасянето на оптимални дози фосфорни торове не съществува практическа опасност за достигане на пределно допустими концентрации на уран и радий в близко бъдеще, но все пак е задължително  придържането към оптимални норми за торене с фосфорни торове. Резултатите от проведените агрохимически и биохимически изследвания, не показват  увеличаване на концентрацията на уран, радий и торий в оранжерийните почви на страната.

От гледна точка на екологическата и продоволствената сигурност е необходимо периодично да се следи радиационния статус на интензивно торените с фосфор почви.

Сред специалистите по торене и агрохимия възниква спор, дали представлява реална опасност употребата на фосфорите при строителството или при химичната мелиорация на засолените почви със съдържащите се в него радиоактивни елементи. Анализите показват, че фосфорът не се различава съществено по съдържание на радиоактивни елементи от почвите, в които се внася. Срещат се  партиди фосфогипс с по-висока радиоактивност, но тя винаги е по-ниска от радиоактивността на суперфосфата. Според някои хипотези,  при технологичните операции за получаване на фосфорните торове, при които фосфогипсът се явява отпадък, не се включват в него съдържащите се във фосфорита радиоактивни елементи и независимо от факта, този продукт се  прилага в доза  20-30 тона на хектар фосфогипс при мелиорацията на почвите Този продукт не е в състояние да обогати чувствително почвите с радиоактивни елементи. Независимо от това при мелиоративните дейности специалистите трябва  да се въздържат от много високи дози фосфогипс, внасяни макар и еднократно в почвата, тъй като могат да се влошат някои нейни свойства.

 

5. Опасни въздействия на радиоактивността за почвата, живите организми и околната среда

5.1. Теоретична постановка на проблема

Слeд кaтo пoпaднaт върху зeмнaтa пoвърхнoст, рaдиoaктивнитe вeщeствa сe включвaт в биoлoгичния кръгoврaт. Тъй кaтo живoтнитe сe хрaнят с рaститeлнa хрaнa, тo и в двaтa случaя изтoчник нa рaдиoaктивнo зaмърсявaнe зa чoвeкa сa рaстeниятa.

Oт гoлямo знaчeниe нa пoстъпвaщите в почвата рaдoн и други радиоактивни елементи  e кoнцeнтрaциятa нa рaдий в пoчвaтa и нeйнaтa прoпускливoст. Прeз пясъклива, лека  пoчвa рaдoнът и другите радиоактивни елементи прoниквa мнoгo пo-лeснo в почвата, oткoлкoтo прeз пo-плътните, тежки глинести почви. 

От друга страна, съeдинeниятa нa тoрия при услoвия нa пoчвитe сa нeрaзтвoрими, a нa урaнa сa пo-лeснo рaзтвoрими, това е дало основание на някoи aвтoри да  изпoлзвaт oтнoшeниeтo Th:U, зa дa хaрaктeризирaт стeпeнтa нa придвижвaнe нa прoдуктитe нa извeтрянeтo  и пoчвooбрaзувaнeтo пo дълбoчинa нa пoчвeния прoфил. Проучванията показват, чe при пoчви, рaзвити върху мaсивнo кристaлични скaли, тoвa oтнoшeниe e oколo 4, a при oбрaзувaнитe върху утaeчни скaли пoрaди отмиването и извличaнeтo нa урaнa с подпочвените и повърхностни вoдитe, кoнцeнтaциятa нa тoрия и пeсъчливaтa фрaкция oтнoшeниeтo  Th:U вaрирa твърдe силнo. За  услoвията на нашата страна  пo-нискo oтнoшeния мeжду тoрия и урaнa се нaблюдaвa сaмo при сивитe и кaфявите гoрски пoчви къдeтo oтнoшeниeтo на тези два елемента е с нaй-ниски стoйнoсти. При  oстaнaлите типове и  подтипове  пoчви,  тoвa oтнoшeниe e дoстa висoкo, кaтo пoнякoгa дoстигa дoри 80-90 и вaрирa твърдe силнo зa oтдeлнитe рaзличия и хoризoнти. С много  мaлки изключeния, Th:U рaстe пo пoсoкa нa хoризoнт B. От тази гледна точка в хoризoнт B, къдeтo сa oтлoжeни по-голяма част от жeлeзните, aлуминиeвите  и други съeдинeния, зaeднo с придвижвaнeтo нa илoвaтa фрaкция по почвените хоризонти  сe oтлaгa и пoвeчe тoрий. Следоветелно oтнoшeниeтo Th:U мoжe дa ни пoкaжe интeнзивнoсттa, при кoятo прoтичaт прoцeситe нa излужвaнeтo и лeсивирaнeтo на химичните, включително и радиоактивни елементи в почвата. При някои видове почви, като например кaрнoбaтнитe и при oбрaзувaнитe върху прeoтлoжeни прoдукти пoчви oсъoтнoшeниeтo Th:U в oтдeлнитe хoризoнти e твърдe рaзличнo и пoнякoгa дoбивa гoлeми стoйнoсти, пoрaди кoeтo нe мoжe дa бъдe изпoлзувaнo зa хaрaктeризирaнe и нa други прoцeси.

Пoчвaтa зaeмa oсoбeнo вaжнo мястo при рaдиoaктивнoтo зaмърсявaнe нa рaстeниятa, живoтнитe и чoвeкa. Тя e мoщeн прирoдeн сoрбeнт, в кoйтo сe пoглъщaт oтлaгaщитe сe рaдиoизoтoпи. В нeя сe рaзвивaт кoрeнитe нa всички рaстeния. Живoтнитe пoнякoгa мoгaт и прякo дa сe зaрaзят oт пoчвaтa oсвeн чрeз кoнсумирaнeтo нa рaститeлни чaсти. Дoкaтo прeз първитe мeсeци и гoдини слeд рaдиoaктивнo зaмърсявaнe нa дaдeнa тeритoрия нaдзeмнитe рaститeлни чaсти сe зaмърсявaт пoвeчe нaпрaвo oт aтмoсфeрнитe утaйки, прeз слeдвaщитe гoдини рoлятa нa пoчвaтa в зaмърсявaнeтo нa eстeствeнaтa и културнaтa рaститeлнoст нaрaствa прoгрeсивнo и дoстигa гoлeми рaзмeри. При пoчвeнoтo рaдиoaктивнo зaмърсявaнe гoлeми кoличeствa рaдиoaктивни вeщeствa сe нaтрупвaт в кoрeнитe, слeд кoeтo прoниквaт и в другитe рaститeлни чaсти – стъблa, листa, плoдoвe и др., кaтo сe рaзпрeдeлят в зaвисимoст oт oсoбeнoститe нa изoтoпa и рaститeлнитe oргaни. Възникнaлa e идeятa дaли нe e възмoжнo чрeз изнaсянeтo с рeкoлтaтa нa някoи рaдиoнуклeиди дa бъдe oчистeнa oпрeдeлeнa тeритoрия oт тeзи вeщeствa. Някoи рaстeния сa сe oкaзaли спoсoбни дa пoглъщaт пoвeчe рaдиoaктивни вeщвствa, нo мнoгo гoлямa eфeктивнoст с прaктичeскo знaчeниe в тoвa oтнoшeниe нe e пoстигнaтa.

Радиоактивните продукти и отпадъците от използването на ядрената енергия, чрез които може да се замърсява природната среда, постъпват в биологичната верига главно по път, минаващ през селското стопанство. 

Пренасянето на радиоактивните вещества от мястото на експлозията и отлагането им върху земната повърхност и водните басейни се извършва чрез фин прах, газове, аерозоли, дъжд, сняг, водни разтвори и др. Основната акумулация в тези случаи се извършва в повърхностния хумусен слой на почвата, корените и надземните органи на растенията се извършва по два начина:

- непосредствено замърсяване на надземните части, което става предимно през вегетационния период;

- усвояване чрез кореновата система на отложените в почвата радиоелементи (в случаите, когато радиоактивното замърсяване се дължи на отпадъци от атомната промишленост, с които са замърсени почвите, подпочвените и повърхностни води, постъпването на радиоактивните вещества в растенията, в този случай  става главно чрез корените).

Биохимичните и радиологичните изследвания на почвата, първичната и вторична биомаса, показват, че усвоимостта на различните радиоактивни вещества чрез листата, стъблата, плодовете на растенията не е еднаква. За тяхната усвоимост голяма роля играе кутикулата (повърхностната ципа) на листата, плодовете и др. на различните растения. Проведени са много опити с различни растения за проследяване на скоростта на абсорбирането на радиоактивните вещества и транслокацията им в различните растителни органи.

Почвата е основен акумулатор на радиоактивни продукти на замърсяването, постъпили в биосферата  чрез атмосферата и по други пътища. Доказано е, че въздушното радиоактивно замърсяване на растенията има преобладаващ характер през първите дни и седмици след атомния взрив, и най-вече,  когато растенията са в активна вегетация По-късно, когато атмосферата се очисти частично или напълно от радионуклидите, почвата става главният източник на замърсяване на растителността и от там на животните и човека. Този феномен бе установен,  след периода на интензивното изпитване на атомните оръжия във въздуха в началото на 60-те години и след тяхното прекратяване съгласно Московския договор от 1963. Замърсената почва с радиоактивни елементи продължава години да подхранва с радионуклиди растенията в такива райони. Това се дължи на факта, че радиоактивните елементи и съединения се включват в биологичните компоненти на литообиосфераата и по целия почвен профил.

Радиационните и биохимични проучвания показват, че непосредствено след големи аварии на реактори, атомни експлозии и други се замърсяват пасищата  и растителността с радиоактивен йод- 131. Най-силно е замърсено с този изотоп мляко, което не може пряко да се  консумира. При такива случаи, дойните животни, трябва незабавно да се отстраняват от пасището и да се изхранват само с фураж от складовете.

5.2. Въздействие на радиоактивните замърсители от аварията в ЧЕРНОБИЛ  у нас

Установено е по-силно радиоактивно замърсяване на почвите от Южна България в сравнение със Северна България. Най-силно бяха замърсени  листните зеленчуци - салати, марули, зелен лук, магданоз и други, а висока радиоактивност активност е установена и при люцерната и при други треви, което е наложило забраната на изхранването на домашните животни със зелени фуражи от първия откос. В сламата на житните култури е измерена неколкократно по-висока активност, отколкото в класовете.

Радиоактивното замърсяване на растенията и растителните продукти и  постъпването на радионуклидите и закрепването им по растителните органи  станало по въздушен път, а те по-късно  преминават във веригата - храна на животните и човека.

Както и при други подобни случаи, млякото е най-силно засегнатият от радиоактивното замърсяване хранителен продукт от животински произход. Най-високи средни значения на замърсяване са наблюдавани на 8-9 май 1986 година. Високата радиоактивност на млякото е свързана със съдържанието главно на радиоактивен йод и цезий. По-силно е замърсено овчето мляко, което е наложило да се препоръча неговата употреба в преработен вид, намаляващ радиоактивността му.

От различните видове меса с по-висока или близка до временно установената норма на активност е установена за овчето месо през периода 5-30 юни 1986 г. Това е наложило такова месо да се насочи за производство на месни изделия, чиито технологични условия позволяват да се намали цезиевата радиоактивност. Степента на замърсяване на месо от птици е била два пъти по-ниска, от тази на свинското месо.

В останалите хранителни продукти от растителен и животински произход - домати, пипер, краставици, картофи, моркови, зеле, фасул, ябълки, круши, дини, гъби, консерви, колбаси, детски храни и други, е установена значително по-ниска активност или пълно отсъствие на радиоактивното замърсяване. Това е дало основание на Комитета по мирно използване на атомната енергия у нас да твърди, че значителната част от хранителните продукти, използвани за храна от населението, не се явява радиационно опасна и да предположи, че рисковият фактор, предизвикан от допълнителното увеличаване на дозата чрез радиоактивно замърсените хранителни продукти, не е от застрашаващ порядък. Най-голямо замърсяване при изследваната растителност е установено при листните зеленчуци - салати, марули, зелен лук, магданоз и др.

Висока степен на радиоактивно замърсяване е  установена и при люцерната и при други треви, което е наложило забраната на изхранването на домашните животни със зелени фуражи от първия откос. В сламата на житните култури е измерена неколкократно по-висока активност, отколкото в класовете. В измерената активност е било значително участието на радиоцезия.

Радиоактивното замърсяване на растенията и растителните продукти е свързано предимно с въздушен път на постъпване на радионуклидите и закрепването им по почвата и растителните органи и по-нататъшно преминаване във веригата - храна на животните и човека. Млякото е най-силно засегнатият от радиоактивното замърсяване хранителен продукт от животински произход. Най-високи средни значения на замърсяване са наблюдавани на 8-9 май 1986 година.

Високата радиоактивност на млякото е свързана със съдържанието главно на радиоактивен йод и цезий. По-силно е замърсено овчето мляко, което е наложило да се препоръча неговата употреба в преработен вид, намаляващ радиоактивността му.

Радиоактивното замърсяването на почвата има голямо значение за по-нататъшното й използване. В случаите на силно замърсяване се отстранява отглежданата културна растителност заедно с почвата. Това е твърде скъпо мероприятие. Ако замърсената почва може да се използва за отглеждане на фуражи и храни, необходимо е да се вземат редица мерки, но те са приложими само  в случаите на сравнително слабо замърсяване. Това са главно споменатите агротехнически и агрохимични мероприятия (варуване, органично торене, фосфорни и калиеви торове, дълбоко заораване и други). При прилагане на химична дезактивация, използване на хелати и други радионуклидите се придвижват по дълбочината на профила и под корените, но е твърде важно да не са високи подпочвените води, защото ще се замърсят.

В някои случаи може да бъде приложена и биологична дезактивация на радиоактивно замърсените територии, т.е. извличане на радионуклидите с растения, които могат да ги акумулират и да ги неутрализират.

Представа за пътя на радиоактивното замърсяване в хранителната верига на човека ни дава фиг.11. Видно е, че до 80 % от калция в човешкият организъм се получава от храните с животински произход (фиг.11а), а най-много радиоактивният елемент стронции -90 (Sr-90 ), получено при радиоактивно замърсяване на почвата. Съотношението на калция и стронция в костите на човека е равно на това на елементите в почвата.

От фигурата е видно, че по отношение на Sr-90, най-опасно е радиоактивното замърсяване при млекото (а). Продуктите от растителен и животински произход имат еднакъв принос към замърсяванеето на човешкия организъм с Cs-137 (фиг.11б).  Съотношението Sr-90/Са  е еднакво в тъканите на растенията и почвата. Организмите на животните усвояват по-бързо калция, отколкото стронция и това съотношение е по-малко от единица. В същото време следва да се отбележи, че приноса на Cs-137 в хранителната верига е изключително разнообразен. От една страна растенията извличат  повече калий от почвата отколкото цезий, а в същото време в животните натрупването на цезия е по-интензивно отколкото на калция и съотношението между концентрациите им е над единица.

 

 

 

Фиг.11. Преминаване на Sr-90 и  Cs-137 в хранителната верига на човека, най-силно чувствителен към замърсяването с тези радиоактивни елементи (по Langkam, 1965)

 

Легенда:

 ж – животински организми; р – растителни организми; м – мляко; п  - почва; ПЦ- въвлечени в хранителната верига

 

6. Класификация на почвите, в зависимост от замърсяването им  с тежки метали

Почви с малко съдържание на тежки метали се определят като незамърсени, тъй като повечето от тях са необходими за растенията или не се използват от тях и съответно не им влияят. При високо  съдържание те оказват вредно влияние както върху растенията, така и върху човека.

При оценка на замърсяването на почвата по български държавен стандарт (БДС) се определят основните групи замърсяващи вещества, които променят киселинно-алкалните и окислително-редукционните условия в почвата, влошават качествата й, като среда за обитаване.

6.1. На базата на въздействието и устойчивостта на почвите към тежките метали,  те се разделят на: 

- силно устойчиви:  глинести, карбонатни, наситени с бази и богати на органични вещества почви; 

- средно устойчиви – песъчливо-глинести, неутрални средно наситени с бази и богати на хумус почви;

- слабо устойчиви – песъчливи и ненаситени с бази почви.  Според  БДС основните почвени показатели, които  показват устойчивостта на почвата към замърсяване, това са:

реакцията (Ph); съдържание и качество на хумуса; мощност на хумусния хоризонт; съдържание на карбонати;   механичен състав; състав и съдържание на глинести минерали; наличие и видов състав на микроорганизмите;  катийонен капацитет на почвата;  мощност на целия профил;  характеристика на почвообразуващите основни  скали.

6.2. По степен на замърсяване почвите се разделят на:

- силно замърсени – съдържанието на елементите замърсители надвишава няколко пъти ПДК, в резултат на което се влошават свойствата на почвата;

- средно замърсени - съдържанието на елементите надвишава ПДК, но то  не води до промяна на свойствата на почвата ;

-   слабо замърсени – съдържанието на елементите е между фоновото и пределно допустимо съдържание (ПДК) на вредните емисии.

6.3. Основи тежки метали, замърсяващи почвата

Основните тежки метали, замърсяващи почвените ресурси са: 

6.3.1. Оловото (Pb) - при повишена концентрация в почвата то се усвоява от растенията, след което от животните и така може да достигне до човека. Съдържание над 100 mg Pb на 1 кг фураж (суха маса) се смята за смъртоносно за животните. Голямото количество Pb се образува в резултата на употребата на бензин от двигателите с вътрешно горене, при които на 1л бензин се отделят 200 – 400 mg Pb. 

6.3.2. Цинк (Zn) и Мед (Cu) - тези две съединения се явяват  по-слабо токсични за разлика от арсена (As), флуора (F), оловото (Pb) и живака (Hg). При замърсяване на почвата, те подтискат развитието на микроорганизмите, намаляват ензимната активност на почвата и добивите от селскостопанските култури  спадат.  Цинкът в почвата е по-подвижен от медта, което е причина за неговата по-силна миграция. Установено е, че токсичността на тежките метали е неколкократно по-голяма при съвместно им действие върху организмите в почвата, отколкото при същата концентрация на всеки елемент по отделно 

6.3.3. Кадмий (Cd) и мангана (Mg) - тези два  елемента попада в почвата при основното торене, чрез суперфосфата като примес. В малки количества са  необходими за човешкия организъм, но при големи концентрации е силно токсичен. Най-много кадмий и манган се акумулират в почви с неутрална и алкална реакция, съдържащи много хумус и с голям сорбционен капацитет. В почви с лек механичен състав и малко хумус те  лесно мигрират и се отнася от повърхностните води или отиват в долните хоризонти на почвата, от там в подпочвените води и чрез питейната вода достигат до човека. 

 

7. Административно-правен  режим за опазване на почвата от радиоактивно замърсяване

Високо рисковото радиоактивно замърсяване на почвата налага въвеждането на административно- правния режим за опазване на околната среда и почвата (земята) в населените и излетните места, в поземления и горски фонд и около тях, почвата в районите на водохващанията за питейно водоснабдяване или напояване. Основното предназначение на регламентацията е да се обезпечи ефикасна екологическа и санитарна защита срещу замърсяване на тази важна съставка на околната среда, която е необходима основа за живота на хората и развитието на животинския и растителния свят.

Известно е, че почвата като хранителен пласт на земната повърхност не надхвърля дебелина от 50 до 100 сантиметра и че тъкмо в тези си граници почвеният субстрат служи за поддържане на живота на растителността. Земята под този пласт от гледна точка на хранителни свойства не е вече „почва”, а „земни недра”, които не са съставка на биосферата, а част от общата околна среда.

Централно място в административно-правния защитен режим за опазване на почвата от радиация, заемат правилата регламентиращи  изпълнението на задължения, засягащи всички лица, организации, учреждения и предприятия и свързани с недопускането на каквото и да било замърсяване на използваните от тях земи. Такива са например правилата, които се отнасят до задължението за изграждане и поддържане на необходимите пречиствателни инсталации и съоръжения и за провеждане на санитарни, технически и агротехнически мероприятия за предпазване на почвите от замърсяване; задължението за определяне и поддържане на подходящи места за изхвърляне на отпадъци (сгур, шлак, рудни остатъци и др.); задължението за обезвреждане и оползотворяване на труповете на животни и птици и отпадъците от животински произход в екарисажните заведения, за събиране на смет или доставяне на отоплителни материали със специални коли и съдове; задължението за обеззаразяване на замърсени почви с тор, урина и други отпадъци от заразени животни по указание на санитарните и санитарно-ветеринарните органи; задължението да се поддържат нормални хигиенни условия при използването на отходните места; задължението за неупотреба на хербициди и други отровни препарати за борба с вредителите по растенията в концентрации, по-високи от допустимите; задължението да не се залагат отрови в почвата за изтребване на вреден дивеч и други подобни. Тук се включват и правилата за работа, опазване и неутрализиране и съхраняване на радиационни суровини и отпадъци.

В заключение държим да подчертаем, че стопанската дейност на човека винаги е свързана с принудително прекъсване на нормалното протичане на естествените процеси, а така също и с промяна на взаимодействието вътре в тях, имитиране в околната среда на промишлени, включително и ядрени отпадъци. Всичко това води до изтощаване на природните ресурси. Изследванията на много автори показват, че за всеки етап и период на икономическото развитие изтощаемостта следва да се разглежда като лимитиращ фактор за дългосрочния икономически растеж.

Замърсяването на почвата е проблем, който определя самото съществуване на човечеството, затова следва да й се отдели особено внимание. Почвата със своите физико-химични свойства, механичен и минералогичен състав може да абсорбира, задържа, утаява и обезврежда при определени условия радионуклидите, но тя в същото време и ги отдава на растенията с различна интензивност, може да ги пропуска при промиване, да постъпват в подпочвените води и да замърсяват питейните води, водоемите и др. Така почвата може да служи за бариера за радиоактивните замърсители към растенията, но в същото време да бъде и резервоар, който дълги години ще подхранва растителността с радиоелементи. Това налага да се познават добре особеностите на почвите в тази насока и да не се допуска натрупването на по-големи количества радиоактивни вещества.

 

 

обратно нагоре