Влияние Восточно- Уральского радиоактивного следа на окружающую среду

     Министерство  образования и  науки Российской Федерации

     Государственное образовательное  учреждение

     высшего профессионального  образования

     «Уральский  государственный  педагогический университет»

     Географо-биологический  факультет 
 
 
 

     Кафедра зоологии 

     Влияние Восточно- Уральского радиоактивного следа на окружающею среду 
 
 

     Курсовая  работа 
 
 
 
 
 

     Екатеринбург  2011 

                                         Содержание: 

1. Введение……………………………….2
2. История формирование ВУРС………4-5
3. Распространение основных радиоактивных элементов

      3.1.  Стронций………………………

      3.2.  Цезий……………………………

      3.3. Радон……………………………

4. Описание состояния природных объектов

            4.1. Экосистемы…………………

            4.2  Животные ………………….

            4.4  Растения ……………………

5. Влияние  ВУРС на здоровье человека………….

6. Заключение………………………………………

7. Список литературы……………………………

8. Приложение…………………………………. 
 

Введение

Исследование  взаимодействия живых организмов друг с другом и со средой их обитания приобретает особую актуальность в  Уральском регионе, так как он испытывает на себе самые разнообразные по генезису радиационные воздействия. Северная часть региона находится в зоне влияния Новоземельского испытательного полигона, средняя – в зоне воздействия производственного объединения «Маяк» (ПО «Маяк»), где в 1949-1956 гг. было сброшено около 3 млн. Ки радионуклидов в р. Течу, в 1957 г. произошла Кыштымская авария, следствием которой было образование Восточно-Уральского радиоактивного следа, а в 1967 г. произошел радиационный инцидент на оз. Карачай, связанный с ветровой эрозией радиоактивных илов. По прошествии 50 лет после аварии и формирования ВУРСа встает объективная проблема возврата в хозяйственное использование ранее загрязненных территорий ВУРСа, включая озерные экосистемы (около 30 озер), что требует комплексного исследования и обоснования возможности их использования в различных целях с позиции радиационной безопасности. Более того, озера можно рассматривать как модельные системы радиоэкологического благополучия местности (территории), так как в силу присущих им особенностей они способны аккумулировать радионуклиды.

Целью работы является исследования влияния  Восточно- уральского радиоактивного следа на экосистемы и на здоровье человека.

Основными задачами являются:

1. Рассмотреть историю формирование ВУРС
2. Изучить влияние ВУРС на экосистемы, где подробно разобрать влияние на воздушную, водную, а также почвенную среду Уральского региона.
3. Исследовать закономерностей миграции, накопления и распределения основных радиоопасных элементов в пределах Челябинской, Тюменской и Свердловской областях.
4. Оценить влияние радионуклеотидлв на население Уральского региона 
5. Сделать вывод по проделанной работе

 Глава 2.   История формирование ВУРС

 «Кыштымская авария» — крупная радиационная техногенная авария, произошедшая 29 сентября 1957 года на химкомбинате «Маяк», расположенном в закрытом городе «Челябинск-40». Сейчас этот город называется Озёрск. Авария называется Кыштымской ввиду того, что город Озёрск был засекречен и отсутствовал на картах до 1990 года. Кыштым — ближайший к нему город.

29 сентября 1957 года  в 16:22 из-за выхода из строя  системы охлаждения произошёл  взрыв ёмкости объёмом 300 кубических  метров, где содержалось около  80 м³ высокорадиоактивных ядерных отходов. Взрывом, оцениваемым в десятки тонн в тротиловом эквиваленте, ёмкость была разрушена, бетонное перекрытие толщиной 1 метр весом 160 тонн отброшено в сторону, в атмосферу было выброшено около 20 млн кюри радиоактивных веществ. Часть радиоактивных веществ были подняты взрывом на высоту 1—2 км и образовали облако, состоящее из жидких и твёрдых аэрозолей. В течение 10—11 часов радиоактивные вещества выпали на протяжении 300—350 км в северо-восточном направлении от места взрыва (по направлению ветра). В зоне радиационного загрязнения оказалась территория нескольких предприятий комбината «Маяк», военный городок, пожарная часть, колония заключённых и далее территория площадью 23000 кв.км. с населением 270 000 человек в 217 населённых пунктах трёх областей: Челябинской, Свердловской и Тюменской. Сам Челябинск-40 не пострадал. 90 процентов радиационных загрязнений выпали на территории ЗАТО (закрытого административно-территориального образования химкомбината «Маяк»), а остальная часть рассеялась дальше.

По официальной  версии причина взрыва описывается  так:

«Нарушение системы  охлаждения вследствие коррозии и выхода из строя средств контроля в одной  из ёмкостей хранилища радиоактивных  отходов, объёмом 300 кубических метров, обусловило саморазогрев хранившихся там 70—80 тонн высокоактивных отходов преимущественно в форме нитратно-ацетатных соединений. Испарение воды, осушение остатка и разогрев его до температуры 330—350 градусов привели 29 сентября 1957 года в 16 часов по местному времени к взрыву содержимого ёмкости. Мощность взрыва оценивается в 70—100 т. тринитротолуола». Другая версия гласит, что в бак-испаритель с горячим раствором нитрата плутония по ошибке добавили раствор оксалата плутония. При окислении оксалата нитратом выделилось большое количество энергии, что привело к перегреву и взрыву емкости, содержащей радиоактивную смесь.

Взрыв полностью  разрушил ёмкость из нержавеющей  стали, находившуюся в бетонном каньоне  на глубине 8,2 м, сорвал и отбросил на 25 м бетонную плиту перекрытия каньона, в радиусе до 1 км в зданиях выбило стёкла; о других разрушениях не сообщается. Непосредственно от взрыва никто не погиб. В воздух было выброшено около 20 миллионов кюри радиоактивных веществ, содержавшихся в разрушенной ёмкости в виде аэрозолей, газов и механических взвесей (для сравнения: во время Чернобыльской аварии было выброшено до 14×10¹⁸ Бк, что составляет примерно 380 миллионов кюри, то есть примерно в 19 раз больше).

Вторая радиационная катастрофа, 50-я годовщина которой  приходится на 2007 год, связана с взрывом на территории ФГУП «ПО «Маяк» емкости с высокоактивными отходами. В окружающую среду было выброшено 20 млн. Кюри, из которых за пределы промышленной площадки попало 2 млн. Кюри. До 26 апреля 1986 г. эта радиационная авария была крупнейшей в мире. Для сравнения чернобыльский выброс составил 380 млн Кюри. В результате катастрофы облучению подверглись 272 000 человек в 217 населенных пунктах. Для определения границы радиоактивного загрязнения  была использована плотность загрязнения по стронцию-90. Длина следа с плотностью загрязнения 0,1 Ки/км2 (в 2 раза превышавшей глобальный уровень выпадения стронция-90) составила 300 км, ширина – 30-50 км. Оценочно загрязненная площадь составила 15 000-20 000 км2 [4]. В 1958 году территории с плотностью загрязнения стронцием-90 свыше 2 Ки/км2 общей площадью порядка 1000 км2 были выведены из хозяйственного оборота. Населенные пункты с этой территории были эвакуированы. 
Но на границе зоны с плотностью 2 Ки/км2 остались несколько населенных пунктов, в том числе Татарская Караболка (около 500 жителей) и Мусакаево (около 100 жителей). Официальные органы заявляют о том, что проживание на границе с этой территорией, безопасно. Однако практика показывает обратное. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Глава 3. Распространение основных радиоактивных элементов.

3.1  Стронций

Радиоактивный стронций практически всегда негативно  воздействует на организм человека. Откладываясь в костной ткани, он облучает костную  ткань и костный мозг, что увеличивает  риск заболевания раком костного мозга, а при поступлении большого количества может вызвать лучевую болезнь. 

3.2. Цезий 

Цезий является одним из наиболее опасных короткоживущим радионуклеотидом. Основную опасность  он представляет для форменных клеток крови и красного костного мозга. Воздействуя на них он вызывает развитие опухолевых клеток в красном костном мозге и, как следствие, рак крови, также способствует изменению формы эритроцитов, что приводит к неспособности их транспортировать кислород и в результате поступление кислорода в клетки ограничено, что вызывает к неполной абсорбций кислорода в клетках , что приводит к уменьшению реакции окисления и, как результат, у организма наступает кислородное голодание. 

3.3 Радон

В Уральском регионе почти повсеместно  распространен радон. По некоторым оценкам, радоноопасные территории в заселенных районах достигают 10% площади. Учитывая, что значительное облучение населения на Урале обусловлено прежде всего радоном и продуктами его распада, в ряд областей разработана экологическая программа "Радон", предусматривающая составление карт районирования территорий по уровням радоновыделения и проведение радиационно-защитных мероприятий. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Глава 4. Описание состояния природных объектов

     4.1 Экосистемы

Поступление искусственных радионуклидов в природные экосистемы происходит за счет глобальных выпадений при испытании ядерного оружия, в результате текущих и аварийных выбросов работающих предприятий. Формирование доз облучения после радиационных аварий и испытаний ядерного оружия в основном осуществлялось за счет краткосрочных выпадений короткоживущих радионуклидов. Существует также проблема хранения радиоактивных отходов, связанная с угрозой загрязнения окружающей среды долгоживущими радионуклидами, которые являются наиболее опасными. В настоящее время такими радионуклидами в России загрязнены несколько регионов (Уральский регион, территории, пострадавшие от аварии на Чернобыльской АЭС, Алтайский край, Оренбургская область и др.). Ионизирующая радиация является постоянно действующим фактором внешней среды.

Основными загрязнителями исследованных экосистем  ВУРСа являются радионуклиды 90Sr и 137Cs, значения удельных активностей которых  в воде, донных отложениях, представителях биоты и почвах водосборных территорий исследованных экосистем характеризуются рядом особенностей, обусловленных гидрохимическими параметрами водоемов, структурой и составом донных отложений, физико-географическими особенностями водосборных территорий и др. показателями. В большинстве случаев содержание радионуклидов на порядок превышает соответствующие величины для контрольных водоемов.  Уровень содержания тяжелых металлов (Fe, Mn, Си, Zn, Ni, Со, Сг, РЬ, Cd) в озерах Б. Игиш, М. Игиш, Куяныш соответствует естественному геохимическому фону Уральского региона, несмотря на выявленное превышение рыбохозяйственных ПДК в воде для Fe, Mn, Си и Zn.. Обнаруженные уровни содержания и особенности распределения 90Sr и 137Cs между основными компонентами экосистем являются основанием для ограничения хозяйственного использования водоемов Б. Игиш, М. Игиш и Куяныш (территория ВУРСа).

4.2.  Животные

Институт  экологии растений и животных УрО  РАН, г. Екатеринбург. В связи с загрязнением обширных территорий искусственными радионуклидами одной из важных проблем экологии животных стало постоянное слежение за природными популяциями в их естественных местообитаниях, поскольку хроническое действие ионизирующего излучения, являясь мощным мутагенным фактором, может влиять на ход микроэволюционных процессов. Особое внимание уделяется эколого-генетическим последствиям аварии для населения и природных популяций живых организмов, в том числе и мелких млекопитающих. Для оценки индуцированного популяционного стресса успешно используются показатели хромосомной и онтогенетической нестабильности. Так, Дубининым с соавторами (1972), а позднее Шевченко с соавторами (1993) было показано повышение доли клеток с хромосомными нарушениями у лесной мыши и красной полевки с территории ВУРСа. Рядом авторов обнаружено увеличение хромосомной нестабильности у рыжей полевки (Гончарова и др.,1996; Елисеева и др., 1996), лесной мыши и полевки-экономки (Зайнуллин, 1998) в зоне влияния Чернобыльской аварии. Также у рыжей полевки, мыши-малютки, полевой и желтогорлой мыши из Чернобыля обнаружено достоверное повышение уровня флуктуирующей асимметрии краниологических признаков (Захаров и др., 2000). С момента последней аварии на ПО «Маяк» прошло больше 30 лет. На первый план выступили проблемы, связанные с отдаленными последствиями хронического облучения, которое на сегодняшний день на 90% обусловлено долгоживущим 90Sr.

Радиоактивное загрязнение грибов, ягод, насекомых  в лесу привело к заражению  птиц и животных, питающихся ими. По свидетельству очевидцев, птицы  выглядели больными, вялыми. Однако гибели птиц не было отмечено, а их численность не зависела от плотности загрязнения. Единственный факт, который может быть объяснен влиянием облучения, уменьшение числа птичьих гнезд в 1958 году в лесах с уровнем загрязнения более 2000 кюри на квадратный километр. Каких-либо изменений, тем более гибели млекопитающих, не наблюдалось. Более того, в последующие годы численность зайцев, косуль и лосей резко увеличилась благодаря выведению загрязненной территории в запретную зону. Их здесь никто не беспокоил. Из обитателей озер наиболее уязвимыми оказались растительноядные рыбы карп и карась. Они загрязнялись с кормом, а зимой от ила, в который залегают на спячку. В первые годы после аварии радиация повлияла на временное сокращение размножения этих рыб.

4.3. Растения

Наиболее чувствительными к радиации оказались хвойные деревья. Одно из первых практических доказательств этого как раз и получили на территории ВУРСа. У сосны хвоя сначала пожелтела, а затем полностью или частично усохла (в зависимости от полученной дозы). Многие почки не тронулись в рост, а из распустившихся образовались короткие и толстые пучки побегов с удлиненной хвоей. На расстоянии 12,5 километра от центра взрыва летом 1958 года наблюдалась полная гибель сосен. Далее погибшие деревья встречались реже и большей частью на открытых местах. Сосна погибла на площади около 20 кв. км.

Березовые леса оказались значительно устойчивее. Они полностью погибли только на участках с максимальной плотностью загрязнения - 4000 кюри на квадратный километр. При более низких дозах у берез усыхал верхний ярус кроны, листья распускались недоразвитыми. В течение четырех лет была отмечена задержка распускания листьев и цветения, преждевременный листопад. Радиационные повреждения березы наблюдались на площади 17 кв. км. Как показали расчеты ученых, животные осенью и зимой, последовавших за взрывом, могли получить смертельные дозы только при постоянном обитании на участках с плотностью радиоактивного загрязнения свыше 1000 кюри на квадратный километр. Поскольку подавляющая часть птиц, обитающих на территории ВУРСа, относится к перелетным птицам, а авария произошла осенью, то воздействие радиации на них началось лишь с весны 1958 года, когда мощность дозы в кронах деревьев снизилась в 10 раз.

Глава 5. Влияние ВУРС на здоровье человека

На территории головной части ВУРСа, где наблюдались  особенно высокие уровни внешнего облучения, были приняты неотложные меры по радиационной защите населения. Всего на протяжении начального (через 7-10 сут.) и промежуточного периодов (через 250-670 сут.) были отселены 24 населенных пункта с общей численностью проживавших около 12800 человек. В течение промежуточной послеаварийной фазы были введены другие меры радиационной защиты населения. Эти меры преследовали главную цель — исключить хозяйственное использование населением территории с плотностью загрязнения ⁹⁰Sr выше 74 — 150 кБк м-2. Общая площадь территории, на которой был установлен режим санитарно — защитной зоны, составляла около 700 км².

На территории ВУРСа, ограниченной изолинией с плотностью загрязнения 0,1 Ки/км² по ⁹⁰Sr, оказалось 217 населенных пунктов с общей численностью населения 217 тысяч человек. За 40 лет существования следа население подверглось внешнему и внутреннему облучению в различных дозах, однако основной вклад в дозу был сформирован на протяжении первых полутора-двух лет после аварии. Именно для этого периода характерны максимальные уровни радиоактивного загрязнения окружающей среды, питьевых источников, фуража, продуктов питания, а также доз внешнего облучения.

Мощности экспозиционных доз внешнего гамма-излучения на местности в первоначальный период составляли 140 мкР/ч. По оси следа  плотности загрязнения стронцием-90 и мощность дозы гамма-излучения  резко уменьшались с уменьшением  расстояния от точки выброса. Распределение радиоактивных веществ в поперечном сечении следа было асимметричным, отмечались резко выраженная западная граница и размытая восточная часть.

В первый год  после аварии наблюдался интенсивный  спад уровней гамма-излучения и  общей плотности радиоактивного загрязнения за счет физического распада относительно короткоживущих нуклидов циркония-95, рутения-106. Через 5 лет мощность дозы гамма-излучения снизилась в 500 раз. Начиная с 1959 года и по настоящее время, основную радиационную нагрузку на население стал определять ⁹⁰Sr, являющийся чистым бета-излучателсм. способным интенсивно накапливаться в скелете человека после поступления в организм с продуктами питания.

В результате аварии радиоактивному загрязнению подверглись  находящиеся по ходу движения облака населенные пункты, леса, пастбища, пахотные угодья, водоемы. Наибольшему загрязнению подверглись лесные массивы и целинная почва.

Общая площадь  загрязненной территории по изолинии с плотностью 4 Ки/км² составила 700 км², ширина следа по этой изолинии — 5-10 км.

Радиоактивный след пересек бассейны ряда рек, озер и захватил значительную часть их водосборной площади. Наибольшему  загрязнению подверглась вода непроточных  водоемов с большой водной поверхностью, наименьшему — вода рек и колодцев. Однако уровни загрязнения большинства водоемов не представляли непосредственной опасности в первый период после аварии по сравнению с уровнем загрязнения всех остальных объектов внешней среды. Только озера Бердяниш и Урускуль имели достаточно высокие концентрации в воде ⁹⁰Sr и впоследствии были полностью исключены из хозяйственного использования.

Так как авария случилась осенью, когда урожай почти  повсеместно был убран, произошло  поверхностное загрязнение продуктов  питания (картофель, овощи), заготовленных жителями для потребления в течение предстоящего года, фуража и сена для молочного скота, зерна пшеницы на складах колхозов, использованного в 1957-1959 гг. для получения муки и хлеба. Максимальные уровни загрязнения имели продукты питания, находящиеся в ближних к месту аварии населенных пунктах.

В настоящее  время характер сельскохозяйственного  производства на отселенной части ВУРСа  значительно расширен, а ограничения  касаются только головной части следа. Население, проживающее по периметру  отселенной территории ВУРСа, находится в экологической и производственно-хозяйственной связи с ней, использует ее для производства мясомолочной продукции, производит заготовки ягод, грибов и отлов рыбы.

На протяжении позднего послеаварийного периода (он продолжается и в настоящее время) основным радиационным фактором стало внутреннее облучение, обусловленное поступлением в организм людей ⁹⁰Sr. Вследствие большого периода полураспада ⁹⁰Sr основная задача этого этапа заключается в обеспечении длительного безопасного проживания населения на загрязненной территории. Условиями такого проживания является их соответствие международным и отечественным требованиям радиационной безопасности проживания населения на загрязненной территории. Условиями такого проживания является их соответствие международным и отечественным требованиям радиационной безопасности населения и минимального вмешательства в его нормальную жизнедеятельность.

На территории ВУРСа, ограниченной изолинией с  плотностью загрязнения 0,1 Ки/км² по ⁹⁰Sr, оказалось 217 населенных пунктов с общей численностью населения 217 тысяч человек. За 40 лет существования следа население подверглось внешнему и внутреннему облучению в различных дозах, однако основной вклад в дозу был сформирован на протяжении первых полутора-двух лет после аварии. Именно для этого периода характерны максимальные уровни радиоактивного загрязнения окружающей среды, питьевых источников, фуража, продуктов питания, а также доз внешнего облучения.

Мощности экспозиционных доз внешнего гамма-излучения на местности в первоначальный период составляли 140 мкР/ч. По оси следа плотности загрязнения стронцием-90 и мощность дозы гамма-излучения резко уменьшались с уменьшением расстояния от точки выброса. Распределение радиоактивных веществ в поперечном сечении следа было асимметричным, отмечались резко выраженная западная граница и размытая восточная часть.

В первый год  после аварии наблюдался интенсивный  спад уровней гамма-излучения и  общей плотности радиоактивного загрязнения за счет физического  распада относительно короткоживущих нуклидов циркония-95, рутения-106. Через 5 лет мощность дозы гамма-излучения снизилась в 500 раз. Начиная с 1959 года и по настоящее время, основную радиационную нагрузку на население стал определять ⁹⁰Sr, являющийся чистым бета-излучателсм. способным интенсивно накапливаться в скелете человека после поступления в организм с продуктами питания.

В результате аварии радиоактивному загрязнению подверглись  находящиеся по ходу движения облака населенные пункты, леса, пастбища, пахотные угодья, водоемы. Наибольшему загрязнению подверглись лесные массивы и целинная почва.

Общая площадь  загрязненной территории по изолинии с плотностью 4 Ки/км² составила 700 км², ширина следа по этой изолинии — 5-10 км.

Радиоактивный след пересек бассейны ряда рек, озер и захватил значительную часть их водосборной площади. Наибольшему загрязнению подверглась вода непроточных водоемов с большой водной поверхностью, наименьшему — вода рек и колодцев. Однако уровни загрязнения большинства водоемов не представляли непосредственной опасности в первый период после аварии по сравнению с уровнем загрязнения всех остальных объектов внешней среды. Только озера Бердяниш и Урускуль имели достаточно высокие концентрации в воде ⁹⁰Sr и впоследствии были полностью исключены из хозяйственного использования.

Так как авария случилась осенью, когда урожай почти  повсеместно был убран, произошло  поверхностное загрязнение продуктов  питания (картофель, овощи), заготовленных  жителями для потребления в течение  предстоящего года, фуража и сена для молочного скота, зерна пшеницы на складах колхозов, использованного в 1957-1959 гг. для получения муки и хлеба. Максимальные уровни загрязнения имели продукты питания, находящиеся в ближних к месту аварии населенных пунктах.

Если в течение  первого года продукты питания и фураж имели поверхностное загрязнение радиоактивными веществами, то впоследствии радионуклиды начали поступать в продукты из почвы. В течение первых двух лет после аварии основными продуктами питания — поставщиками радионуклидов — были молоко, мясо и хлеб, начиная с третьего года, таким продуктом стало в основном молоко.

Загрязнению подверглись  также жилые дома, дворовые постройки, предметы домашнего обихода, сельскохозяйственный инвентарь, поверхность тела людей  и животных, находившихся во время прохождения облака вне укрытия. Уровни загрязнения жилых помещений, личных вещей составили от 0,5 до 5 % плотности радиоактивного загрязнения окружающей территории.

Естественный  гамма-фон для большинства комплексов геологических пород с кларковыми содержаниями ЕРН составляет 10-15 мкР/час. Некоторая часть скоплений естественных радиоактивных элементов подвергалась переработке в хозяйственных целях. Это монацитовые пески в поселках Озерный и Костоусово Режевского района Свердловской области, вскрышные отвалы карьеров и шахт горного производства, отходы производства металлургии редких металлов в поселке Двуреченск Сысертского района Свердловской области. Использование строительных материалов с повышенным содержанием природных радионуклидов (калия-40, тория-232, урана-238) наблюдается не только в районах их скоплений, но и в городах (Екатеринбурге, Челябинске и др.), что привело к локальным повышениям радиационного фона. В 90-х гг. на части территории Урала проведены комплексные анализ и обобщение экологических исследований, что позволило выполнить районирование территории региона и выделить группы эколого-радиогеохимических зон (Висимская, Тагильская, Мурзинско-Камышевская, Алапаевско-Соптеловская). Эти зоны характеризуются повышенным уровнем естественной радиоактивности верхней части литосферы, подземных вод и концентраций радона в почвенном воздухе. Так, например, в Свердловской области в окрестностях деревни Останино Режевского района уровень радиоактивности в воздухе составляет 3600 кБк/м3, а в Асбестовском районе - в воде до 28,7 кБк/л - это Крупская радиогидрогеологическая аномалия. В районах нахождения радиоэкологически опасных объектов неизбежно происходит обогащение за счет естественного выщелачивания и миграции радионуклидов в раз личных экосистемах. Для населения дозовые нагрузки от природных источников не лимитируются. Ориентиром может служить предельно допустимая эффективная доза, обусловленная природными источниками в производственных условиях. Она составляет 5 мЗв, год. Вместе с тем средние значения дозовых нагрузок от радо на в Свердловской области по жилищам сельского типа составляют примерно 2,9 мЗв/год. Более того, в ряде населенных пунктов дозовые нагрузки, обусловленные только радо ном, близки к 5 мЗв/год (в том числе в ряде населенных пунктов Каменского района Свердловской области). Одновременно средние нагрузки для населения от внешнего гамма-излучения и внутреннего облучения, обусловленного пищевыми продуктами, достигают примерно 1м3в/год.