Глава 10. Воздействие радиоактивных излучений на окружающую среду и живые организмы. Сравнительная радиочувствительность живых организмов.

Атмосфера. Наибольшее загрязнение атмосферы радиоактивными вещест­вами происходит в результате взрывов атомных и водородных бомб. Каждый такой взрыв сопровождается образованием гран­диозного облака радиоактивной пыли. Взрывная волна огромной силы распространяет ее частицы во всех направлениях, подни­мая их более чем на 30 км. В первые часы после взрыва осажда­ются наиболее крупные частицы, несколько меньшего размера — влечение 5 суток, а мелкодисперсная пыль потоками воздуха пере­носится на тысячи километров и оседает на поверхности земного шара в течение многих лет. Во время испытания ядерного оружия, особенно до 1963 г., когда проводи­лись массовые ядерные взрывы, в атмосферу было вы­брошено огромное количество радионуклидов. Так, только на арктическом архипелаге Новая Земля было проведено более 130 ядерных взрывов (только в 1958 г. -46 взрывов), из них 87- в атмосфере.

   Гидросфера.

Основными источниками радиоактивного загряз­нения Мирового океана являются:

- загрязнения от испытаний ядерного оружия (в атмосфере до 1963г.); 

- загрязнения радиоактивными отходами, ко­торые непосредственно сбрасываются в море;

- крупно­масштабные аварии (АЭС, аварии судов с атомными реакторами);

-  захоронение радиоактивных отходов на днеи др.

Отходы от английских и французских атомных заводов загрязнили радиоактивными элементами практически всю Северную Атлантику, особенно Северное, Норвежское, Гренландское, Баренцево и Белое моря. В загрязнение радионуклидами акватории Северного Ледовитого океана некоторый вклад сделан и нашей страной. Работа трех подземных атомных реакторов и радиохимического завода (производство плутония), а также остальных производств в Красноярске-26 привела к загрязнению одной из самых крупных рек мира - Енисея (на.протяжении 1 500 км). Очевидно, что эти радиоактивные продукты уже попали в Северный Ледовитый океан, на состояние вод которого также, несомненно, оказали и испытания атомного оружия в районе о Новая Земля.        

 Воды Мирового океана загрязнены наиболее опасными радионуклидами цезия-137, стронция-90, церия-144, иттрия-91, ниобия-95, которые, обладая высокой биоаккумулирующей способностью переходят по пищевым цепям и концентрируются в морских организмах высших трофических уров­ней, создавая опасность, как для гидробионтов, так и для человека. Различными источниками поступления радионуклидов загрязнены акватории арк­тических морей, так в 1982 г. максимальные загрязнения цезием-137 фиксировались в западной части Баренцева моря, которые в 6 раз превышали глобальное загрязнение вод Северной Атлантики. За 29-летний период наблюдений (1963-1992 гг.) концентрация стронция-90 в Белом и Баренцевом морях уменьшилась лишь в 3-5 раз. Значитель­ную опасность вызывают затопленные в Карском море (около архипелага Новая Земля) 11 тыс. контейнеров с радиоактивными отходами, а также 15 аварийных реакторов с атомных подводных лодок. Работами 3-й советско-американской экспеди­ции 1988 г. установлено, что в водах Берингова и Чукотского моря, концентрация цезия-137 близка к фоновой для районов океана и обусловлена гло­бальным поступлением данного радионуклида из атмосферы за длительный промежуток времени. Однако эти концентрации (0,1,Ки/л) были в 10-50 раз ниже, чем в Черном, Баренцевом, Балтийским и Гренландском, морях, подверженных воздействию локальных источников радиоактивного за­грязнения.

 Все вышеперечисленное показывает, что чело­век, вероятно, забыл: океан - это мощная кладо­вая минеральных и биологических ресурсов; в частности, он даёт 90% нефти и газа, 90% миро­вой добычи брома, 60% магния и огромное коли­чество, морепродуктов, что важно при увеличивающемся населении нашей планеты. По этому поводу знаменитый исследователь Жак-Ив Кусто напоминает: «…Море - продолжение нашего мира, часть нашей Вселенной, владения, которые мы обязаны, охранять, если хотим выжить».

Литосфера. Почва.

В связи с широким использованием в народном хозяйстве радиоактивных веществ появилась опасность загрязнения почв радионуклидами. Источники радиации — ядерные установки, ис­пытания ядерного оружия, отходы урановых шахт. Потенциаль­ными источниками радиоактивного загрязнения могут стать ава­рии на ядерных установках, АЭС (как в Чернобыле, в США, Англии).

В верхнем слое почвы концентрируются радиоактивные стронций и цезий, откуда они попадают в организм животных и человека. Лишайники северных зон обладают повышенной спо­собностью к аккумуляции радиоактивного цезия. Олени, питающиеся ими, накапливают изотопы, а у населения, использующе­го в пищу оленину, в организме в 10 раз больше цезия, чем у других северных народов.

 

Растительный и животный мир.

Биологическое накопление свойственно и зеле­ным растениям, которые, аккумулируя опреде­ленные химические элементы, изменяют окраску хвои, листьев, цветков и плодов. Это иногда служит индикаторным признаком при поисках полезных ископаемых. Например, береза и осина в Восточной Сибири накапливает в своей древесине значительное количество стронция-90, что приводит к появлению необычной окраски неестественно зелёного цвета. Сон-трава на южном Урале аккумулирует никель, поэтому её околоцветник вместо фиолетового цвета становится белым, что указывает на высокие концентрации ни­келя в почве. В ареале рассеяния урановых месторождений лепестки иван-чая вместо розовых ста­новятся белыми и ярко-пурпуровыми, у голубики плоды вместо темно-синих становятся белыми и т,д. (Артамонов, 1989).

Радионуклиды, попадая,в окружающую среду, часто рассеиваются и разбавляются в водах, но они могут различными способами накапливаться в живых организмах при движении по пищевым цепям («биологическое накопление»).

На рис. 14 показан процесс накопления стронция-90 по пищевым цепям в небольшом канадском озере Перч-Лейк, принимающим низкоактивные отходы.

 

 

 

 

Рис. 14. Накопление стронция-90 в трофических цепях небольшого канадского озера Перч-Лейк. получающего низкоактивные отходы. Цифры указывают средние коэффициенты накопления относительно озерной воды, содержание стронция-90 в которой принято за 1.

Поскольку содержание радионуклида в воде принимается за 1, то его концентрация постепенно возрастает по пищевым цепям. В костях окуня и ондатры его содержание возрастает в 3000-4000 раз по сравнению с концентрацией в воде. Это имеет существенные негативные последствия для живых организмов, включая и человека, и биосферы в целом. Установлено, что коэффициент накопления стронция-90 в раковинах моллюсков днепровских водохранилищ относительно воды достигает 4800 (Францевич и др., 1995). Поэтому при оценке воздействия радионуклидов на среду необходимо учитывать эффект биологического накопления их живыми, организмами и последствия для есте­ственных экосистем.

Сравнительная радиочувствительность живых организмов.

Радиочувствительность – восприимчивость клеток, тканей, органов или организмов к воздействию ионизирующего излучения. Мерой радиочувствительности служит доза излучения, вызывающая определённый уровень гибели облучаемых объектов: для организмов — доза, вызывающая гибель 50% особей за определённый срок наблюдения (летальная доза – 50%, или ЛД₅₀).

Радиочувствительность организмов различных видов варьирует в очень широких пределах. Если для самых радиочувтсвительных из них – некоторых видов семейства лилейных полулетальные дозы не превышают 1 Гр, то для самых радиоустойчивых – бактерий, вирусов, составляют десятки тысяч грей.

Радиочувствительность бактерий и вирусов

Бактерии и вирусы – самые радиоустойчивые организмы. Например, полулетальная доза бактерии Micrococcus radiodurans, которая может жить и размножаться в водах реакторов, составляет около 5000 Гр. Но, как и у многих организмов, даже в родственных таксонах могут иметься большие различия в радиочувствительности. Так, для M. sodensis она составляет всего 300 Гр. Одной из самых радиочувствительных бактерий является часто используемая в радиобиологических экспериментах Escherichia coli. Для ней ЛД₅₀ составляет 50-60 Гр. Для подавляющего большинства бактерий полулетальные дозы находятся в диапазоне 300-2000 Гр. Споры бактерий ещё более устойчивы к излучениям.

Все вирусы даже в репродуцирующейся форме обладают очень высокой радиоустойчивостью – ЛД₅₀ для них варьируется от 4000 до 7000 Гр. В покоящейся форме их радиоустойчивость намного выше.

Летальные дозы оказываются гораздо более высокими. Исходя из них оценивают дозы, необходимые для стерилизации материалов и для консервации продуктов питания. В отдельных случаях эти дозы достигают 20000-25000 Гр.

Радиочувствительность растений

Радиочувствительность растений значительно меняется не только в зависимости от вида, но также и внутри одного вида в процессе онтогенеза. Это связано с тем, что, находясь в состоянии семени, радиоустойчивость растений повышается в 15-20 раз, что связано с отсутствием метаболизма. Стоит только поместить семена во влажную среду, как сразу же активизируются все процессы обмена, и они начинают проростать. Далее приведены данные о радиочувствительности семян некоторых родов хозяйственно полезных растений (табл.7).

Таблица 7. Радиочувствительность семян некоторых родов хозяйственно полезных растений (ЛД-летальная доза).

Род	ЛД50, Гр	ЛД100, Гр	Род	ЛД50, Гр	ЛД100, Гр
Сосна	10-120	-	Перец	190-360	-
Слива	40-100	80-200	Укроп	250	500
Клён	100-150	160-600	Огурец	500	1000
Рожь	100-180	150-250	Морковь	500-1000	1000
Баклажаны	150	250	Редис	2000	3000

Среди культурных травянистых растений наиболее высокой радиочувствительностью обладают семена бобовых. Максимальной радиоустойчивостью обладают растения семейства крестоцветных: разница составляет 50-150 раз.

Как уже было сказано, радиоустойчивость вегетирующих растений, как правило, в 15-20 раз ниже радиоустойчивости семян. И в целом отмечается корреляция между радиоустойчивостью семян и вегетирующих растений. У растений, как и у семян, она минимальна у лилейных, сосны, бобов и максимальна – у редиса (табл.8).

Таблица 8. Радиочувствительность вегетирующих растений некоторых родов.

Род	ЛД50/10, Гр	Род	ЛД50/10, Гр
Лилия	0,5-1	Ячмень	13-17
Сосна	1-3	Пшеница	13-18
Бобы	3-5	Люпин	15-20
Ель	3-5	Кукуруза	18-22
Горох	7-9	Люцерна	20-25
Фасоль	10-13	Клевер	25-30
Соя	12-15	Редис	50

 

Обычно в качестве примера самой высокой радиочувствительности живых организмов приводятся бактерии Micrococcus radiodurans, обнаруженные в канале одного атомного реактора, где мощность дозы составляла примерно 12 Гр/с, а доза облучения за сутки – более миллиона грей. В результате экспериментов по сравнению радиочувствительности этой бактерии с таковой некоторых синезелёных водорослей выяснилось, что все испытанные водоросли значительно превышают по радиоусточивости M. radiodurans.

Низкой радиочувствительностью обладают грибы и лишайники.

Радиочувствительность животных

 Радиобиология располагает сведениями о радиочувствительности многих представителей класса млекопитающие, которые в этом плане представляют наибольший из всех животных интерес. Правда, эксперименты проводились в основном с мелкими, лабораторными животными, поэтому сведений о крупных млекопитающих меньше из-за дороговизны эксперимента. Приблизительны также и данные о радиочувствительности человека, основанные на данных, полученных при авариях, в условиях которых точная дозиметрия крайне затруднительна.

Далее приведены сведения (табл. 9) о сравнительной радиочувствительности некоторых родов млекопитающих.

Таблица 9. Сравнительная радиочувствительность некоторых родов млекопитающих.

Род	ЛД50/30, Гр	ЛД100, Гр
Морская свинка	1,5-3,0	4,0-6,0
Человек	2,5-4,0	6,0
Лошадь	2,5-6,0	8,0
Мышь	4,5-7,0	8,0-10,5
Хомяк	5,0-8,0	9,0-10,0
Кролик	8,0-10,0	12,0-14,0
Монгольская песчанка	10,0-13,0	15,0-18,0

 

Для некоторых видов значения полулетальных доз варьируют в очень широких пределах. Для большинства родов ЛД₅₀ не превышает 4-5 Гр, а ЛД₁₀₀ – 8-9 Гр. Самое радиочувствительное домашнее животное – овца (1,5 Гр), а самое радиоустойчивое – кролик (8-10 Гр). Молодые особи более чувствительны к радиации, чем взрослые.

Учёные МГУ им. М. В. Ломоносова обнаружили в Прибайкалье популяцию грызунов, называемых монгольскими песчанками, ЛД₅₀ которых достигает 13 Гр, а ЛД₁₀₀ – 15-18 Гр. Пока это рекордсмен по радиоустойчивости среди млекопитающих. Примечательно, что и другие животные из Прибайкалья обладают повышенной радиоустойчивостью, в то время как в лаборатории, на лабораторных кормах, она падает.

Что касается других классов животных, то более высокой радиоустойчивостью, чем млекопитающие, обладают птицы. Полулетальные дозы для большинства их видов составляют 8-25 Гр.

Гораздо меньшей радиочувствительностью обладают беспозвоночные животные. Для большинства видов насекомых полулетальные дозы составляют 50-300 Гр, а летальные – 100-500 Гр, хотя для некоторых могут достигать 1000 Гр. Радиочувствительность зависит от стадии развития, причём у взрослой особи она может быть в десятки раз меньше.

Для различных моллюсков ЛД₅₀ варьируются от 20 до 200 Гр, для членистоногих – от 100 до 1000 Гр, для кишечнополостных – от 50 до 2500, для амёб – от 1000 до 3000 и для инфузорий – от 3000 до 7000.

В целом, тенденция такова, что у более высокоразвитых живых организмов радиочувствительность выше, чем у низших, хотя встречаются отклонения от этого общего правила.

Средние летальные дозы облучения (рентген) составляют:

Растения - 1-150 тыс.                             Крысы- 700-900.

Амёбы - 100 тыс.                                   Обезьяны- 250-600.

 Улитки - 20 тыс.                                   Человек - 400.

 Змеи- 8-20 тыс.                                  Морские свинки - 400.

 Насекомые - 1-10 тыс.                          Собаки- 250-400.

 Рыбы, птицы - 0,8 - 2 тыс.                     Козы-350

 Мыши - 600-1500.                                  Ослы-300

                                                                  Овцы- 200