ИЗВЕСТИЯ РАИ. СЕРИЯ ГЕОГРАФИЧЕСКАЯ, 2007, № 5, с. 7-17
== ТЕОРИЯ И СОЦИАЛЬНЫЕ ФУНКЦИИ ГЕОГРАФИИ
УДК 528.9
КОЛЛЕКЦИЯ ГЕОГРАФИЧЕСКИХ ИЗОБРАЖЕНИЙ ПОЛЕЙ РАДИОАКТИВНОГО ЗАГРЯЗНЕНИЯ
© 2007 г. Ю. А. Израэль, Е. В. Квасникова
Институт географии РАИ Поступила в редакцию 20.09.2006 г.
Обсуждается понятие "антропогенная радиоактивность". Рассмотрены созданные человеком и распространенные в окружающей среде радионуклиды, ставшие неотъемлемой частью современной геохимии ландшафта. Представлена коллекция рисунков радиоактивных следов, классифицированных по типу формирования и дающих представление о возможных конфигурациях и масштабах радиоактивного загрязнения. В качестве факторов неоднородности загрязнения в пределах радиоактивного следа традиционно рассмотрены осадки, рельеф и лес. Роль рельефа рассматривается в новом аспекте - по характеристикам эрозионного расчленения.
Понятие антропогенной радиоактивности сложилось, когда мы стали относиться к искусственным радионуклидам не только как к созданным человеком и несвойственным природе, но и как к распространенным на Земном шаре химическим элементам.
Формирование поля радиоактивного загрязнения происходит непосредственно в ландшафте и под влиянием ландшафтных факторов. Это обусловило необходимость привлечения географических знаний на всех этапах исследования радиоактивного загрязнения.
Цель статьи - географический анализ коллекции геоизображений полей радиоактивного загрязнения от различных причин и источников.
Экспериментальное исследование природы полей радиоактивного загрязнения и причин их формирования - предмет ядерной геофизики, физики аэрозолей и ядерной метеорологии. Методы и приборы, используемые для диагностики таких полей, основаны на положениях ядерной физики и радиохимии. Географические методы стали применяться совместно с перечисленными выше в деле радиационного мониторинга, при экспериментальных исследованиях миграции радионуклидов, обусловливающей пространственно-временные изменения полей загрязнения.
Географические методы в исследованиях антропогенной радиоактивности в окружающей среде приобрели свою специфику и стали неотъемлемой частью комплекса знаний, необходимых для достоверной диагностики радиационной обстановки, для прогноза и ретроспективной оценки радиоактивного загрязнения территорий.
Антропогенные радионуклиды в ландшафтной сфере. Радиоактивные вещества в окружающей среде по происхождению могут быть естественными (калий-40 и элементы семейств урана и тория, а также радионуклиды космогенного
происхождения) и искусственными (осколки деления атомных ядер, продукты активации). Радиационная обстановка формируется излучениями этих радионуклидов, а также космическим излучением. Естественные радионуклиды присутствуют практически повсеместно [15, 16, 18]: калий, как один из породообразующих элементов, а уран и торий, как рассеянные элементы, входят в состав почв, горных пород, вод (в небольших количествах), растительности и животных. В атмосферном воздухе присутствуют радон и продукты его распада из семейств урана и тория. Естественная радиоактивность (наряду с космическим излучением) существовала на протяжении всей геологической истории Земли и является одним из факторов эволюции жизни.
Вмешательство человека в природные процессы может изменить радиационную обстановку и без внесения искусственных радионуклидов. Тогда формируется техногенно измененный радиационный фон вследствие концентрации естественных радионуклидов, применения в строительстве материалов с повышенной активностью, удержания строениями выделяемого грунтом радона [22, 15].
Искусственные радионуклиды образуются [7] в основном за счет деления тяжелых ядер в ядерных реакторах и при ядерных взрывах, основанных на реакции деления, а также за счет активации ядер - это характерная черта ядерных взрывов, основанных на синтезе ядер (термоядерная бомба), хотя наблюдается и при работе ядерных реакторов.
Проблема радиоактивного загрязнения возникла сравнительно недавно, в конце 1940-х годов, т.е. с начала производства оружейного плутония и проведения испытаний ядерного оружия. 1950-1960-е годы можно считать временем превращения этого вида антропогенного воздей-
ствия на окружающую среду в глобальную экологическую проблему современности.
Повсеместность загрязнения связана с тем, что радиоактивные продукты термоядерных взрывов средней и большой мощности попадали в стратосферу и, после перемешивания и выдержки в стратосферном резервуаре, оседали на земную поверхность в течение многих месяцев. Наибольшее количество радионуклидов в стратосферу было заброшено в 1957-1958 и 1961-1962 годах [24, 14].
Радиоактивное загрязнение местности глобальными выпадениями продуктов испытаний ядерного оружия формировалось в основном с конца 1950-х до середины 1960-х годов. В 1963 г. СССР и США был подписан Московский договор, запрещающий проведение ядерных испытаний в атмосфере, космосе и под водой; Франция и Китай не присоединились к договору и продолжали испытания в атмосфере до 1974 и 1980 гг. соответственно.
В настоящее время эпоха массовых испытаний ядерного оружия в атмосфере и других средах, по-видимому, уже прошла, поэтому большого количества коротко- и среднеживущих радионуклидов, таких как 1311, 140Ва + 14(^а, 141Се, 103^и, 8<^г, 952г + 95№, 144Се и 10^и, ни в атмосфере, ни в почве уже нет [8, 17]. Но эта эпоха оставила ощутимое наследие - глобальное загрязнение в виде долго-живущих радионуклидов, повсеместно распределенных по Земному шару. Основными среди них являются 13^ (период полураспада 30.1 года), 9^г (28.6), 239Ри (24110), 240Ри (6553), 241Ри (14.4) и 241Ат (433 года). Кроме них в меньших количествах присутствуют 238Ри (86.4 года) и некоторые долгоживущие изотопы редкоземельных элементов, например 154Еи (8.5 лет), а также в очень малом количестве - такие сверхдолгоживущие радионуклиды, как 1291. Основное поступление на земную поверхность 238Ри связано не с ядерными взрывами, а со сгоранием в атмосфере в 1964 г. американского космического спутника SNAP-9A, где этот радионуклид использован как изотопный источник энергии.
При проведении наземных ядерных взрывов формировались локальные радиоактивные следы. Наземные ядерные взрывы в СССР проводились в основном на территории ядерных испытательных полигонов. Радионуклидный состав выпадений на следах наземных взрывов отличается от состава глобальных выпадений наличием дол-гоживущих радионуклидов наведенной активности, таких, например, как 60Со, 152Еи и некоторых других радионуклидов редкоземельной фракции [8, 17].
Особое место в радионуклидном загрязнении окружающей среды в настоящее время заняли тяжелые аварии ядерных реакторов. При тяжелых авариях реакторов [21] происходит высокотемпературное плавление всей или части активной зо-
ны и, если реактор не прикрыт защитным колпаком, как это было во время аварии на АЭС "Три-Майл-Айленд" (1979 г., США), значительная часть радионуклидов, особенно летучих, попадает в атмосферу. Такой вариант наблюдался при аварии реактора в Уиндскейл (1957 г., Великобритания). Если же тяжелая авария сопровождается взрывом активной зоны (хотя бы тепловым), как это случилось на четвертом блоке Чернобыльской АЭС, в атмосферу попадает практически весь набор радионуклидов, которые накопились в реакторе к моменту взрыва.
В таком случае после распада радионуклидов с периодами полураспада секунды, минуты и часы значимым становится вполне определенный набор радионуклидов [8, 2, 17]: 1331 (20.8 час.), 23^р (2.35 дня), 99Мо (2.75 дня), 132Те (3.26 дня) с 1321, 1311 (8.04 дня), 140Ва (12.8 дня) с 140Ьа, 136С (12.98 дня), 141Се (32.5 дня), 103Яи (39.4 дня), 8<^г (50.6 дня), (58.5 дня), 952г (64 дня) с 95№ (35 дней), 144Се (284 дня), 106Яи (367 дня), (2.06 лет), 12^Ь (2.7 года), 9^г (28.5 лет), 13^ (30.1 года), и трансурановые радионуклиды - 238Ри (86.4 года), 240Ри (6553 года), 239Ри (24110 лет), 241Ат (433 года). В скобках даны периоды полураспада.
Из приведенного перечня радионуклидов следует, что из всего их набора через 2-3 года значимыми остались лишь последние шесть, а с учетом плохой летучести стронция и его соединений и трансурановых радионуклидов на удалении в 4060 км и более от аварийного реактора основными остаются изотопы цезия.
В результате того или иного события, связанного с выходом искусственной радиоактивности в окружающую среду, загрязнению подвергаются прежде всего атмосфера, объекты гидросферы, почва, произрастающая на ней растительность, антропогенные объекты. При этом почва - главный компонент ландшафта, где аккумулируются и перераспределяются искусственные радионуклиды [15]. Загрязнение ландшафтов приводит к формированию тех или иных доз облучения людей и других биологических объектов.
Структура и масштабы полей радиоактивного загрязнения. Пути формирования радиоактивного загрязнения связаны с выпадениями радиоактивных продуктов из атмосферы, а также с переносом и аккумуляцией радионуклидов при их сбросах в объекты гидросферы. Миграция радионуклидов в водной среде и ветровой перенос -также важные причины изменения поля радиоактивного загрязнения, сформировавшегося в результате атмосферных выпадений.
В процессе выпадения радионуклидов из атмосферы ландшафтные особенности оказывают прямое воздействие на характер поля загрязнения путем влияния на направление и скорость воздушного потока в приземном слое.
Формирование поля радиоактивного загрязнения при выпадениях из атмосферы - процесс мно-
гофакторный: его структура зависит, с одной стороны, от характера выпадений и свойств выпадающих частиц, а с другой - от характера подстилающей поверхности в месте выпадения. Различают топливные частицы, сохранившие структуру ядерного топлива; конденсационные частицы, прошедшие испарение и конденсацию; частицы конструкции ядерного заряда или реактора; атмосферные аэрозоли с сорбированными радионуклидами; растворы соединений радионуклидов в дождевой воде. Радионуклиды распределяются на частицах-носителях различных типов и размеров, заброшенных в момент взрыва или аварии на разные высоты. Поскольку высотная структ
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.