Geum.ru

Ю. А. Александров Основы радиационной экологии Учебное пособие

Вид материалаУчебное пособие

Содержание


Таблица 7 – Среднее содержание естественных радионуклидов в разных объектах географической оболочки Земли (по А.П. Виноградову,
Таблица 13 – Эффективные эквивалентные дозы человека от природных источников
Подобный материал:
1   ...   5   6   7   8   9   10   11   12   ...   36

Таблица 7 – Среднее содержание естественных радионуклидов в разных объектах географической оболочки Земли (по А.П. Виноградову, Л.А. Перцову)


Объекты
Элементы, мас. %

Уран
Торий
Радий

Земная кора
2,510-4
1,310-3
8,310-11

Почва
110-4
610-4
810-11

Морская вода
310-7
710-8
110-14

Пресная вода
210-8
210-9
110-15

Зола растений
510-5
510-5
210-11


2.2.2.2. Радиоактивность горных пород

О распределении радиоактивных элементов в толще земной коры и литосферы в целом, на глубинах недоступных непосредственному на­блюдению, можно судить только на основании косвенных фактов и об­щих представлений о строении Земли. В настоящее время наибольшим признанием пользуется концепция, согласно которой радиоактивность пород падает с глубиной, но все же остается измеримой до весьма зна­чительных глубин. Резко выраженное накопление радиоактивных эле­ментов в гранитном слое континентальной коры, установленное Стреттом еще в 1906 году, подтвердилось последующими исследованиями.

Средние значения концентраций радиоактивных элементов в горных породах приведены в таблице 8, а в таблице 9 дана удельная ак­тивность горных пород в отношении естественных радионуклидов по данным ВНИИФТРИ (1996). Из этих данных видна основная геохимическая закономерность уменьшения содержания радиоизотопов с увеличением основности магматических пород. Наибольшее содер­жание естественных радионуклидов наблюдается в изверженных по­родах кислого и щелочного состава, богатых калием. Основными но­сителями радиоактивных элементов в этих породах являются акцес­сорные минералы:

Таблица 8 – Распространеность радиоактивных элементов в горных породах,
мас. % (по А.П. Виноградову)

Элемен-ты
Горные породы

метеориты (хондриты)
дуниты
базальты
граниты
осадочные породы: глины, сланцы
глубоко-водные илы

Уран
1,510-6
310-7
510-5
3,510-4
2,510-4
1,310-4

Торий
410-6
510-7
310-4
1,810-3
1,310-3
710-4


Таблица 9 – Удельная активность естественных радионуклидов в горных породах

Горные породы
Удельная активность, Бк/кг

Уран-238
Торий-232
Калий-40

Магматические:

Кислые
60
80
1000

Средние
20
30
700

Основные
10
10
240

Ультраосновные
0,4
25
150

Осадочные:

Известняки
30
7
90

Песчаники
19
10
370

Сланцы глинистые
44
45
700

циркон, монацит, ксенотим, ортит, апатит и сфен. Что касается главных породообразующих минералов, то установлено, что салические минералы (в первую очередь полевые шпаты) облада­ют в среднем в 3 раза большей радиоактивностью, чем фемические. Поэтому на практике существует эмпирическое правило: магматичес­кие породы светлых оттенков более радиоактивны, чем темные.

Наиболее высокой радиоактивностью среди осадочных пород обладают глинистые сланцы и глины. Содержание радионуклидов в них приближается к таковому в кислых изверженных породах – гра­нитах. На основании анализа многочисленных диаграмм гамма-ка­ротажа глубоких скважин и результатов лабораторного радиометри­ческого изучения большого количества образцов осадочных горных пород было выявлено, что среди них наименьшей радиоактивнос­тью обладают чистые химические и органические осадки (камен­ная соль, гипс, известняки, доломиты, кварцевые пески, кремнистые сланцы, яшмы). Морские осадки в целом более радиоактивны, чем континентальные.


2.2.2.3. Радиоактивность почв

Главным источником радиоактивных элементов в почвах сле­дует считать почвообразующие породы. Поэтому почвы, развитые на кислых магматических породах, относительно обогащены радио­активными элементами (ураном, радием, торием, калием), а почвы, образованные на основных и ультраосновных породах, бедны ими. Глинистые почвы почти везде богаче радиоизотопами, чем песча­нистые.

Почвы, как рыхлые образования, по вещественному составу близки к осадочным породам, поэтому они во многом подчиня­ются закономерностям распределения естественных радионук­лидов в отложениях этого генезиса. Тонкая коллоидная фракция почв, с которой связаны обменно-сорбционные процессы, обога­щена радиоактивными элементами по сравнению с более крупны­ми частицами. То же самое касается и органической составляю­щей почв. Однако прямой зависимости между радиоактивностью почв и количеством органического вещества в них не наблюдает­ся. В таблице 10 приведена удельная активность основных типов почв по данным ВНИИФТРИ (1996). По данным А.П. Виноградова содер­жание радия в верхнем горизонте почв колеблется от 2,8 до 9,5×10-10%. Причем в большинстве почв наблюдается резкое смеще­ние радиоактивного равновесия между ураном и радием в сторо­ну последнего, что связано с выщелачиванием урана грунтовыми водами.

Таблица 10 – Удельная активность естественных радионуклидов в почвах

Основные типы почв
Удельная активность, Бк/кг

Уран-238
Торий-232
Калий-40

Сероземы

31
48
670

Серо-коричневые

28
41
700

Каштановые

27
37
550

Черноземы

22
36
410

Серые лесные

18
27
370

Дерново-подзолистые

15
22
300

Подзолистые

9
12
150

Торфяниcтые

6
6
90


Таким образом, радиоактивность почв в основном обусловлена природными радиоизотопами 40K и 87Rb. Радиоизтоп калий-40 накапливается в пищевых продуктах растительного и животного происхождения в разной степени (табл. 11).

Таблица 11 – Содержание 40К в пищевых продуктах

Продукт
мкг/кг
Продукт
мкг/кг

Хлеб ржаной
2420
Мясо говяжье
3380

Макароны
1300
Сало свиное
1690

Крупа гречневая
130
Рыба
2620

Рис
700
Фрукты сушеные
3000

Горох
9070
Картофель
4490

Мука пшеничная
860
Капуста
3300

Молоко парное
1430
Свекла
3530

Масло сливочное
140
Морковь
2870

Творог
3720
Лук
1510

Сыр
890
Шоколад
5630







Какао
11110


Под влиянием испытаний ядерного оружия и техногенных фак­торов почвы повсеместно загрязнены искусственными радионук­лидами. Например, средняя плотность загрязнения верхних слоев почв северного полушария радиоактивным цезием составляет 0,12 Ки/км2.

2.2.2.4. Радиоактивность природных вод

Содержание естественных радионуклидов в морских и речных водах показано в таблице 12 . По содержанию урана морские воды при­ближаются к ультраосновным горным породам – дунитам и значи­тельно обеднены торием по сравнению с последними.

Радиоактивность речных и озерных вод зависит от источника их питания. Дождевые, снеговые и ледниковые воды содержат неболь­шое количество солей, поэтому водоемы горных районов высоких широт, имеющие этот источник питания, практически стерильны в отношении естественных радионуклидов.

Природные радионуклиды поступают в открытые водоемы суши в основном с подземными водами. Грунтовые и межпластовые воды, питая озера и реки, определяют уровни природной радиоактивности воды этих водоемов. Поэтому радиоактивность воды рек и озер подвержена значительным колебаниям. Она на­прямую зависит от химического и минерального состава дрениру­емых ими горных пород, в которых располагаются чаши озер или водосборы рек. К другому важному фактору, влияющему на сте­пень радиоактивности воды открытых водоемов, относится кли­мат, от которого зависит степень химического выветривания гор­ных пород, являющихся основным поставщиком природных ра­дионуклидов.

Наконец, концентрация радиоизотопов в озерах зависит от сте­пени водного обмена. Бессточные озера в районах с засушливым кли­матом могут быть значительно обогащены радиоактивными элемен­тами за счет сильного испарения застойной воды.

Если исключить реки, дренирующие урановые рудные районы, то можно считать, что речные воды отличаются пониженным относи­тельно морских вод содержанием урана, радия, тория, калия и ра­дона, хотя есть и исключения из этого правила (например, Сыр-Да­рья). В таблице приведено содержание урана в некоторых реках, по данным Д.С. Николаева.

Таблица 12 – Содержание урана в воде некоторых рек

Реки
Содержание урана, мас. %
Реки
Содержание урана, мас. %

Рион

710-8
Дунай
5-3010-8

Обь

5-3010-7
Ока

110-7

Волга

13-1710-8
Кама

8-1510-8

Днепр
13-1710-8
Енисей

210-7

Иртыш

15-2110-8
Сыр-Дарья

110-6

В период паводка радиоактивность речной воды снижается, а в межень – повышается. Зимой, когда реки покрываются льдом, наблюдается повышенное содержание в воде радиоактивных газов – радона и торона.

Подземные воды бывают значительно обогащены ураном, радием, торием и радоном по сравнению с поверхностными. Ко­личество радиоактивных элементов в них зависит от веществен­ного состава вмещающих пород и химизма самих вод. В гидроге­ологии принято выделять радоновые, радиевые и урановые воды, в зависимости от преобладания в их составе того или иного ра­диоактивного элемента. Существуют и смешанные воды: радоно-радиевые, урано-радиевые, радиево-мезото­риевые. Концентра­ция радия в подземных водах может достигать 2,510-11%, а урана – 310-5%.

Еще в тридцатые годы XX столетия В.Г. Хлопиным была заме­чена повышенная концентрация радия в воде нефтяных место­рождений. В настоящее время, в результате интенсивной эксплу­атации месторождений углеводородного сырья это приводит к накоплению природных радионуклидов на технологическом обо­рудовании и трубопроводах нефтяных и газовых месторождений. На отдельных месторождениях мощность экспозиционной дозы от оборудования достигает 6 мР/ч, а удельная активность при­родных радионуклидов в шламе превышает 105 Бк/кг. Следстви­ем этого является неконтролируемое облучение персонала и на­селения.


2.2.2.5. Радиоактивность атмосферного воздуха

Атмосфера Земли всегда содержит газообразные радиоактив­ные вещества в виде инертных газов – радона, торона и актинона, источником которых являются эманирующие горные породы. Радио­активные эманации, попадая из почвы в атмосферный воздух, затем разносятся горизонтальными и вертикальными воздушными потока­ми. В свою очередь радиоактивные газы, претерпевая распад, пре­вращаются в твердые радиоизотопы, которые выпадают на поверх­ность Земли в виде активных осадков.

Актинон и торон не являются долгоживущими. Период по­лураспада первой эманации равняется всего лишь 3,92 с, а второй – 54,5 с, поэтому они встречаются в небольших количествах лишь в самых нижних слоях атмосферы вблизи земной поверх­ности. Период полураспада радона более значителен (3,82 сут.), вследствие чего сама эманация и продукты ее распада транс­портируются ветром на большие расстояния от места выделе­ния.

Наблюдения показывают, что нижние слои атмосферы над кон­тинентами содержат 1-2 атома радона на 1 см3 воздуха. Концентра­ция торона обычно в 10000 раз меньше. Атмосферный воздух над океаном содержит радона в 100 раз меньше, чем над сушей. Концен­трация радона быстро убывает с высотой. Уже на высоте 1 км его ко­личество в 2 раза, а на высоте 4 км – в 14 раз меньше, чем у земной поверхности.

Закономерность распределения продуктов распада радиоак­тивных эманаций совершенно иная. Многие из твердых радиоизото­пов, следующих в естественных радиоактивных рядах за эманациями, почти равномерно распределены в нижних слоях атмосферы. К примеру, концентрация Ra D на уровне земной поверхности и на вы­соте 10 км почти одинакова.

Твердые радиоактивные частицы, содержащиеся в возду­хе, захватываются конденсирующимися каплями воды и выпа­дают на поверхность Земли с атмосферными осадками. После обильных дождей и снегопада радиоактивность воздуха умень­шается.

Кроме радиоактивных эманации и твердых продуктов их рас­пада в атмосфере присутствуют радиоизотопы, образующиеся под действием космических лучей. К таким радионуклидам относится в первую очередь углерод-14, количество которого в воздухе ничтож­но мало.

Вклад отдельных естественных источников в образовании эффективных эквивалентных доз человека представлен в таблице 13.

Таблица 13 – Эффективные эквивалентные дозы человека от природных источников


Источники радиации
Среднемировые данные
Россия

мЗв/год
%
мЗв/год
%

Космическое излучение
0,355
14,8

0,320
10,9

Гамма-излучение Земли
0,410
17,1
0,410
14,0

Внутреннее облучение
0,355
14,8
0,362
12,3

Излучение стройматериалов (радон)
1,280
53,3
1,850
62,8

ИТОГО
2,400
100
2,942
100