Понятие экополиса
Под термином "экополис" обычно понимают городское поселение (город, поселок), при планировании, проектировании и строительстве которого учитывается комплекс экологических потребностей людей, включая создание благоприятных условий для существования многих видов растений и животных в его пределах.
Идея экополиса не только весьма привлекательна, но и достаточно активно прорабатывается еще с давних времен. Экополис - дальнейшая работка идей и мечты о "лучезарном городе" мыслителей прошлого. К сожалению, подход к пониманию, конструированию и созданию экополисов нередко связан с вульгаризацией этого понятия, а то и с откровенной спекуляцией им. Так, экополисами пытались объявить так называемые "соцгорода", застройка которых более напоминает "скальную архитектуру", и ограничивается многоэтажными кварталами с плохим благоустройством и стихийным озеленением. И в жилищном строительстве, и в градостроительстве наших дней тенденции таковы, что города, к сожалению, скорее отдаляются от идеи экополиса, чем приближаются к ней.
Города прошлого также никогда не были экополисами. Вместе с тем они обладали все-таки многими качествами, которых современный город лишен. Правда, и здесь существуют мнения, что современные города в экологическом отношении намного превосходят своих предшественников. Так, сравнивая Нью-Йорк начала 1900-х годов с современным атлантическим гигантом, можно отметить, что в старом городе 20 тыс. его жителей ежегодно умирали от холеры и других заболеваний, разносчиками которых были мухи и другие насекомые (по его оценке число мух в городе достигало нескольких десятков миллиардов), уровень преступности в городе был вдвое выше, проституция и венерические заболевания были распространены гораздо шире, а лечить их было гораздо труднее, пневмония и туберкулез, тиф, дифтерия, скарлатина уносили десятки; тысяч жизней. В Нью-Йорке было 120 тыс. лошадей, которые создавали серьезные проблемы: сильные заторы движения транспорта, постоянный шум железных подков и грохот тяжелых подвод по булыжным мостовым, а также проблему уборки конского навоза с улиц и из конюшен. Серьезной проблемой были уборка и ликвидация лошадиных трупов - до 15 тыс. ежегодно
Здесь, как и в вечных спорах, обострена одна сторона проблемы. Другая ее сторона во внимание не принимается. Так, в современном Нью-Йорке год от года растет смертность от рака легких, увеличивается число наркоманов, психических заболеваний. Вместо трупов лошадей приходится убирать до 40 тыс. автомобилей, брошенных их хозяевами на улицах, поскольку это, видимо, самый надежный и дешевый способ "утилизировать" отслужившую технику и т.д.
Моделей экополиса предлагалось достаточно много. Все они достаточно близки, что свидетельствует о большой сходимости мнений по этому поводу. Несколько шире понимал проблему Н.Ф. Реймерс, который считал, что принципы создания экополиса должны отвечать следующим трем основным требованиям:
- соразмерности архитектурных форм (домов, улиц и др.) росту человека;
- пространственному единству водных и озелененных площадей, создающих хотя бы иллюзию вхождения природы в город и расчленяющих его на "субгорода";
- приватизации жилища, включающего элементы природного окружения непосредственно у дома и квартирное озеленение (на балконах, вертикальное озеленение улиц, создание газонов на крышах домов и т.п.).
В целом же экополис - это главным образом малоэтажный город с обширными "природными каналами" садов, парков, лесопарков (даже лесов), полей, водоемов и т.п., создающий, как это было отмечено выше, благоприятные экологические условия, как для жизни человека, так и для существования многих видов растений и животных в его пределах
Самая сильная тема в идее экополиса - тема озеленения. Тезис "не зелень в городе, а город в зелени" особенно справедлив для экополиса. Более того, в условиях даже хорошо озелененного города необходимо всемерно увеличивать и усиливать автотрофный блок, снабжающий городскую экосистему органическими веществами (продукты питания и сырье для человека; корм для домашних животных) и кислородом, использовать по возможности все свободные площади (не только землю, но также стены и крыши зданий) для выращивания зеленых растений, что может в значительной степени снять зависимость города от окружающих питающих экосистем и усилить его саморегулируемость.
Отдавая должное роли озеленения городов, удобству жилищ, комфортности физической городской среды в целом, нельзя забывать и о том, что главным действующим лицом в городской экосистеме является человек. Его социальная сущность предъявляет требования к экосистеме, в которой он живет. И не только с биологических позиций. Поэтому "экологичный" город-экополис и в социально-психологическом, и в эстетическом, и в других отношениях должен быть достойной средой обитания человека. В конечном счете, все поселения неизбежно должны превратиться в экополисы - таков экологический императив человеческого рода. Но для этого и сам человек (как житель города) должен принять в этом участие и стараться вести себя так, чтобы способствовать в своих действиях созданию экополиса.
Конечно, это непростая задача. Она будет решена, вероятно, путем рассредоточения крупнейших городов, создания систем небольших, удобных для жизни поселений вокруг культурных центров, приближения процессов городского метаболизма к естественным процессам, создания "безотходных" систем расселения и мощных систем экологической компенсации - сетчато-узловой структуры зеленых насаждений, воссоздания особо ценных и живописных ландшафтов и памятников культуры, строительства совершенных транспортных коммуникаций и т.д. Перемены в поведении людей по отношению к окружающей их природе - это тоже задача, которую надо решить при создании экополисов. Само население города должно в своих действиях способствовать улучшению окружающей среды городов. Это относится к широкому кругу вещей - от выбрасывания мусора до участия в выработке и осуществлении природоохранных мероприятий. По существу, робкие, совсем недостаточные еще шаги на пути оздоровления городской среды, предпринимаемые сегодня, - это одновременно и путь к созданию экополисов.
http://www.environment.freenet.kz/City1/R17.htm
Проблемы электромагнитного загрязнения окружающей среды
А.Ю. Сомов, В.З. Макаров, И.В. Пролеткин, А.Н. Чумаченко.
Саратовский государственный университет
Загрязнение окружающей среды электромагнитными полями (ЭМП) в России приняло угрожающий характер. Источниками таких излучений являются линии электропередач, электротранспорт, радиолокационные и радиопередающие системы, персональные компьютеры, бытовая техника, системы сотовой связи, промышленные установки СВЧ энергетики и др. Комитет экологии Госдумы РФ в своем решении № 50/5 от 23.03.95 считает проблему загрязнения окружающей среды ЭМП актуальной и имеющей государственную важность.
Медиками неоднократно доказано, что продолжительное воздействие ЭМП даже малого уровня могут быть причинами многих заболеваний. Особое место занимает опасность воздействия ЭМП для развивающихся организмов в утробе матери и детей, а также людей, подверженных аллергическим заболеваниям. В Нижнем Поволжье комплексные исследования, учитывающие все виды электромагнитных источников излучения и их воздействие на здоровье населения и экосистемы не проводились.
Между тем, г. Саратов, как и другие города Нижнего Поволжья, имеет весьма насыщенную энергетическую инфраструктуру, порой расположенную в непосредственной близости от жилой и дачной застройки.
В настоящем докладе авторы провели картографический анализ потенциальной и реальной опасности воздействия ЭМП различных источников излучения в г. Саратове вдоль маршрутов городского электротранспорта и железной дороги, высоковольтных ЛЭП и радио- и телепередающих станций. Картографический анализ проводился в лаборатории урбоэкологии Саратовского госуниверситета с использованием крупномасштабной ( М 1 : 2 000 ) компьютерной карты города, где отражена вся сложившаяся на данный момент градостроительная ситуация - расположение и этажность жилых и общественных зданий, ЛЭП, трансформаторные будки и подстанции, маршруты и остановки городского электротранспорта, участки железной дороги на электрической тяге, радио- и телепередающие станции, высота расположения передатчиков, рельеф города, направление улиц, зеленые насаждения, плотность и заболеваемость населения по отдельным домам, жилым кварталам, поселкам и микрорайонам. Кроме этого, на карте нашла отражение заболеваемость населения по различным локализациям рака, аллергическим болезням, болезням дыхательных органов, желудочно-кишечному тракту и туберкулезу, которая нормировалась на 100 тыс. жителей и картографировалась в автоматизированном режиме с использованием пакета настольной картографии МapInfo Professional - 4.1.
Кроме этого на компьютерной карте задавались и строились в автоматизированном режиме различные буферные зоны потенциального и реального риска ЭМП согласно действующих ПДН, которые затем накладывались на градостроительную ситуацию в г. Саратове.
Согласно оценкам, проведенным на кафедре электротехники СГТУ, величина буферной зоны для трамвая была принята равной 20-25 м, троллейбуса 15-20 м. Минимальная величина буферной зоны соответствует оптимальному режиму движения электротранспорта (расположению остановочных пунктов на ровном месте: зеленой волне движения и пр.). Проведенный анализ показал, что в буферную зону попадает значительное количество жилых домов старой застройки и практически единицы многоэтажных домов (все они расположены в центральной части города).
В жилых районах г. Саратова проходит 17 высоковольтных линий электропередачи ВЛ 110. В течение последних тридцати лет наблюдается явная тенденция приближения новостроек к высоковольтным линиям электропередачи, не говоря уже о массовом дачном и гаражном строительстве в охранных зонах ЛЭП. Величина буферных зон ЛЭП определялась, исходя из предельно допустимой напряженности магнитного поля, принятой в странах ЕЭС (100-200 нТ). Расчет проводился по методике работы [1], согласно реально существующей в настоящее время нагрузке и несимметрии токов и напряжений на ЛЭП. Также, как и для случая горэлектротранспорта, в буферную зону ЛЭП попадает значительное количество домов малоэтажной застройки и единичное количество многоэтажных домов. В настоящее время, в связи с уменьшением энергопотребления и практически идеальных фазовых соотношениях в ЛЭП, расчетная величина буферной зоны не превышает 30 метров. В случае подъема промышленного производства величина буферной зоны может увеличиться до 60-80 метров.
При проведении анализа возможного загрязнения окружающей среды ЭМП радиочастотного диапазона нами учитывались лишь передатчики мощностью более 100 Вт. К таковым относятся прежде всего телерадиопередающие станции. Величины буферных зон распределялись по методикам и нормам работ [2,3]. При анализе учитывалось пространственное распределение электромагнитного излучения в диаграмме направленности антенны и ее возможные реальные характеристики [4]. Принимались во внимание экранирующие свойства материала жилой застройки (железобетон, кирпич, дерево).
Антенны десяти наиболее крупных телерадиопередающих станций суммарной мощностью более 60 кВт расположены на телевизионной вышке в районе Лысой горы на отметке 275 метров. Удачное расположение радиотелевизионной вышки (значительное превышение по уровню близлежащих жилых массивов, отсутствие в ближней зоне многоэтажной застройки) позволяют считать ее электромагнитное излучение в жилых кварталах не опасным для здоровья при условии технически исправного состояния антенно-фидерных систем.
Совершенно иная картина складывается в многоэтажных жилых массивов расположенных вблизи городского аэропорта, в микрорайоне СХИ, где к мощным источникам электромагнитного излучения служб аэропорта в последнее время необоснованно прибавился целый ряд радиопередающих устройств (широковещательные УКВ радиостанции, системы сотовой связи и пр.). Аналогичная картина наблюдается вблизи двух радиостанций, расположенных в центральной части города в многоэтажных жилых массивах.
Наряду с вышеприведенными крупными ЭМП-загрязнителями значительный вклад в повышение общего неблагоприятного электромагнитного фона в городе вносят громадное количество мелких загрязнителей, к которым прежде всего относятся радиотелефонные системы и компьютеры.
Несмотря на требования Законов Российской Федерации об обязательном проведении сертификации по безопасности производимых в России и ввозимых на ее территорию товаров, недостаточно жесткий контроль не позволяет гарантировать необходимый уровень безопасности населения. Значительное количество эксплуатируемых в г.Саратове радиотелефонов и персональных компьютеров не соответствуют принятым в странах ЕЭС требованиям по электромагнитной безопасности. В ближайшее время следует ожидать резкого обострения этой проблемы, поскольку с 1996 года вся техника, продающаяся в странах ЕЭС:, должна удовлетворять строгим мерам электромагнитной безопасности. Можно предвидеть, что поток не сертифицированных радиотелефонов и компьютеров из стран Юго-Восточной Азии хлынет на рынок России.
Решение проблемы ЭМП-загрязнения окружающей среды в настоящее время затруднено отсутствием в России четкой нормативной базы, принятой в подавляющем большинстве развитых стран. Имеющиеся в нашей стране многочисленные инструкции, санитарные нормы чаще всего носят ведомственный характер и имеют двоякое толкование. В результате этой нормативной неопределенности в г.Саратове сложилась порочная практика установки антенн мощных (более 100 Вт) радиопередающих систем на крышах жилых зданий вблизи школ, больниц, детских садов идругих экологически уязвимых объектов. Причем, в подавляющем большинстве случаев, при выдаче разрешений на установку и вещяние не учитывается уже сложившаяся весьма напряженная электромагнитная ситуация. До сих пор продолжается размещение автостоянок, дачных участков, даже детских площадок в охранных зонах ЛЭП. При организации городского электротранспорта игнорируются вопросы возможного загрязнения окружающей среды ЭМП.
Но есть примеры положительного решения проблем ЭМП-загрязнения. Так, одними из первых в России комплексное решение проблемы электромагнитного загрязнения окружающей среды предприняло Московское Правительство ("Московский комсомолец" от 25 мая 1997 г.), которое утвердило новый порядок строительства зданий вблизи источников электромагнитного загрязнения окружающей среды. Кроме того, московские санитарные нормы по ЭМП излучению гораздо жестче, чем в остальных регионах России. На охранных участках ЛЭП в г.Москве строго запрещено строительство не только жилых зданий, гостиниц, школ, но и гаражей. В Москве, впервые в России, определены зоны отчуждения для жилых зданий, больниц, гостиниц, школ, детских садов в местах повышенной электромагнитной опасности.
Как представляется, первоочередной задачей по нормализации электромагнитной обстановки является принятие аналогичного постановления Правительством Саратовской области с одновременным проведением работ по созданию системы мониторинга электромагнитного загрязнения окружающей среды с использованием современных информационных технологий.
Необходимо отметить, что комплексное решение проблем ЭМП-загрязнения, позволит не только улучшить состояние окружающей среды, но и стабилизировать энергоснабжение, работу транспорта, средств связи, улучшить качество телерадиоприема.
ЛИТЕРАТУРА
1. Бессонов Л.А. Теоретические основы электротехники. - М., Высшая школа. 1979, 231 с.
2. Благовещенский В.П. Основы радиотехники сверхвысоких частот. - М., Судпромгиз, 1952, 411 с.
3. Электромагнитные излучения радиочастотного диапазона. СанПиН 2.2.4/2.1.8.055 - 96
4. Brenpunkt ""Elektro-Smog", Internationaler Fachkongress, 22-24 September 1992-Koln/
ИОНИЗИРУЮЩЕЕ ИЗЛУЧЕНИЕ И ОКРУЖАЮЩАЯ СРЕДА
(Бердоносов С.С. Сапожников Ю.А., 2001), ХИМИЯ, Соросовский образовательный журнал
На каждого из нас постоянно действуют инфракрасные лучи, видимый свет, ультрафиолетовые (УФ) лучи. Их прохождение через воздух не сопровождается появлением в нем ионов, поэтому их не относят к ионизирующим излучениям. В спектре электромагнитного излучения (рис. 1) за УФ-лучами расположено рентгеновское излучение.
Чуть более 100 лет назад было открыто существование в природе радиоактивных атомов. В сопровождающем распад ядер этих атомов излучении были обнаружены a-частицы (a-лучи) - ядра гелия-4. Их испускают, например, ядра атомов урана 238U и 235U, а также тория 232Th. Другие радиоактивные ядра, например ядра природных атомов калия 40К и искусственно получаемых атомов стронция 90Sr, испускают при распаде b-частицы - электроны. Электроны е возникают в ядрах при превращении одного из нейтронов n в протон р: n = p + e + ; будет объяснено позже.
a- и b-Распады часто сопровождаются испусканием g-лучей (g-квантов), относящихся к электромагнитному излучению и обладающих еще большей проникающей способностью, чем лучи Рентгена. Прохождение через газ, в том числе и через воздух, a- и b-частиц, а также рентгеновского и g-излучения сопровождается ионизацией (в разной степени) молекул газов. Поэтому эти виды излучения относят к ионизирующему излучению.
Источником ионизирующих излучений могут служить различные радионуклиды. Напомним, что нуклид - это вид атомов с определенным числом протонов и нейтронов в ядре. Если ядра атомов нуклида радиоактивны, то его называют радионуклидом. К числу радионуклидов в окружающей среде принадлежат атомы таких тяжелых химических элементов, как уран U и торий Th. Наряду с радионуклидами тяжелых элементов в природе существуют и радионуклиды некоторых элементов середины Периодической системы Д.И. Менделеева. Наибольшее значение среди них имеет 40К, входящий в смесь природных изотопов калия. На долю 40К в ней приходится 0,012%. Калий - один из самых распространенных элементов земной коры. Растения усваивают необходимый для их питания калий (и, следовательно, 40К) из почвы. Далее по пищевым цепям 40К попадает в организмы животных и человека.
Содержание радионуклида в объекте характеризуют через его активность. Единица активности - 1 беккерель (1 Бк), 1 Бк отвечает одному распаду в 1 с.
Указанные естественные радионуклиды имеют земное происхождение (их называют терригенными). Однако существуют и естественные радионуклиды, образующиеся под действием постоянно попадающего на Землю космического излучения, поступающего как из глубин космоса, так и от Солнца. Эти радионуклиды называют космогенными.
В состав первичного космического излучения входят протоны высоких энергий и ядра некоторых легких элементов. При взаимодействии этого космического излучения с ядрами атомов, присутствующими в атмосфере Земли, протекает множество ядерных реакций. В результате образуются ядра новых легких элементов, а также мюоны, нейтроны, рентгеновское и g-излучение. Это так называемое вторичное космическое излучение, достигающее поверхности Земли. С участием нейтронов вторичного космического излучения в атмосфере возникают, например, радиоактивные ядра 14С (Т1/2 = = 5730 лет), а также тритий 3Н и 32Р. Воздействие на живые организмы вторичного космического излучения более слабое, чем первичного, так что атмосфера выступает как щит, прикрывающий жизнь на Земле от вредных посланцев космоса. При прохождении космического излучения через атмосферу происходит ионизация молекул газов, так что оно может быть отнесено к ионизирующему излучению. Излучение терригенных и космогенных радионуклидов, а также само космическое излучение постоянно воздействует на все живое нашей планеты.
В 40-х годах ХХ века в результате освоения энергии атомного ядра были созданы ядерные реакторы, в которых происходит расщепление ядер 235U или 239Pu на ядра более легких элементов. При работе ядерных реакторов образуются не существующие в природе радионуклиды более 40 элементов Периодической системы (эти радионуклиды называют техногенными). С 1945 года до начала 60-х годов такие страны, как США, СССР, Великобритания, а позже Франция и Китай, провели большое число испытаний ядерного оружия, что привело к загрязнению техногенными радионуклидами окружающей среды в глобальном масштабе. К попаданию радионуклидов в окружающую среду привела и работа предприятий так называемого ядерного топливного цикла (ЯТЦ). Эти предприятия включают добычу урановых руд и извлечение из них урана, изготовление тепловыделяющих элементов (твэлов), собственно ядерные реакторы, а также заводы по переработке отработанных твэлов, извлечению из них радиоактивных отходов и регенерации ядерного топлива.
Конечно, ядерные реакторы конструируют так, чтобы предотвратить попадание техногенных радионуклидов в окружающую среду. Но даже при безаварийной работе реакторов в окружающую среду поступают радиоактивный газ криптон (радионуклид 85Kr), а также небольшие количества 131I, трития и некоторых других радионуклидов.
В результате произошло загрязнение окружающей среды техногенными радионуклидами, особенно такими, как 90Sr, 137Cs, 131I, 129I, 85Kr, а также радионуклидами некоторых трансурановых элементов (табл. 1).
Можно отметить, что к загрязнению атмосферы радионуклидами приводит и работа тепловых электростанций, сжигающих каменный уголь. Он всегда содержит небольшие примеси урана, тория и продуктов их распада, и при сжигании топлива эти радионуклиды частично переходят в аэрозоли и попадают в атмосферу. К загрязнению почвы радионуклидами может приводить даже использование фосфорных минеральных удобрений. Примеси урана и тория всегда есть в исходном сырье (например, в апатите), которое используют при производстве этих удобрений. При переработке сырья радионуклиды частично переходят в удобрения, а из них и в почвы.
К загрязнению техногенными радионуклидами океана привело и то, что в некоторых странах высокорадиоактивные отходы ЯТЦ длительное время сбрасывали в океан в специальных контейнерах (США) или по трубам (Великобритания). Из-за этого некоторые моря, особенно Ирландское и Северное, подверглись заметному радиоактивному загрязнению. Загрязнение Мирового океана может неблагоприятно сказаться прежде всего на жизнедеятельности фитопланктона, от нормального существования которого во многом зависит жизнь на Земле. Поэтому в настоящее время введены строгие ограничения на сброс в океан радиоактивных отходов.
Если попавший в окружающую среду 239Pu прочно фиксируется почвами и практически не переходит в пищевые цепи, то такие радионуклиды, как 137Cs, 131I и особенно 90Sr, по различным пищевым цепям могут оказаться в организме человека. Так как некоторые радионуклиды способны концентрироваться в определенных органах человека (например, 90Sr в костях, а 131I в щитовидной железе), то их накопление в этих органах может привести к тяжелым заболеваниям (например, раку щитовидной железы).
ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ИЗЛУЧЕНИЯ РАДИОНУКЛИДОВ С ЖИВЫМИ ОРГАНИЗМАМИ
Установлено, что различные виды ионизирующего излучения воздействуют на организмы по-разному. Характер воздействия в значительной степени зависит от того, находится ли радионуклид внутри организма (то есть организм подвергается внутреннему облучению) или он расположен вне организма (внешнее облучение).
Рассмотрим сначала, в чем состоит воздействие на организм a-частиц. a-Частицы (ядра гелия) из-за своего сравнительно большого заряда (+ 2) и большой массы испытывают частые столкновения с молекулами и атомами среды и растрачивают всю энергию на небольшом пути. Поэтому длина пробега a-частиц в воздухе не превышает 10 см, а путь, который они проходят в тканях человека, составляет десятые доли миллиметра. Понятно, что если источник a-частиц расположен, например, на расстоянии 1 м от человека, то до него они просто не долетят, как бы ни была велика активность источника. Поэтому роль a-радиоактивных нуклидов во внешнем облучении организма ничтожна.
Но если такой радионуклид попал внутрь организма (с воздухом, водой или пищей), то вся энергия a-частиц будет израсходована на небольшом отрезке, причем встретившиеся на их пути молекулы будут разрушены (превратятся в ионы или нейтральные химически очень активные частицы - свободные радикалы). Свободные радикалы вступают в новые химические реакции с молекулами, составляющими организм. Эти реакции носят цепной характер. В результате в организме накапливаются заметные количества чужеродных, часто сильно ядовитых веществ. Конечно, прохождение через организм одной или даже десяти a-частиц вреда не принесет - слишком мало число образовавшихся при этом свободных радикалов и ионов. Но если число попавших в организм ядер a-радионуклида велико, может наступить его серьезное поражение - лучевая болезнь.
Важное значение имеет и то, что при прохождении a-частиц через клетки организма (впрочем, похожее воздействие оказывают b-частицы и g-лучи) в них могут происходить нежелательные нарушения (мутации) наследственных структур. Эти нарушения могут стать причиной онкологических и наследственных заболеваний.
Вредное воздействие на организм b-частицы могут оказать как при внутреннем, так и при внешнем облучении (когда радионуклид находится вне организма). Длина пробега b-частиц в тканях организма значительно больше, чем a-частиц. При этом разрушенные молекулы располагаются не так близко друг к другу, как в случае воздействия a-частиц, и поэтому при одинаковом числе прошедших через организм частиц обоих видов и их равной исходной энергии вред от воздействия b-частиц меньше.
g-Лучи обладают намного более высокой проникающей способностью. Они проходят через ткани тела на значительно большие расстояния, чем a- или b-частицы. Поэтому, если g-излучатель находится внутри организма, испускаемое им g-излучение поглощается в организме обычно только частично (производя в нем при поглощении те же разрушения, что и a- или b-излучение). Частично же g-излучение покидает организм. Разумеется, эта его часть вредного воздействия на организм не оказывает. Вред от g-излучения в большой степени может проявиться при внешнем облучении, даже тогда, когда источник g-излучения расположен от организма на большом расстоянии и находится, например, за бетонной стеной.
Из сказанного понятно, что вредное воздействие ионизирующего излучения вызвано тем, что его энергия передается организму. А если излучение проходит через организм, не оставляя в нем своей энергии, то никакого вредного воздействия оно не оказывает. Так ведут себя нейтрино n и их аналоги - антинейтрино, возникающие при превращениях нейтронов в протоны. По современным представлениям каждого из нас постоянно пронзают мощные потоки нейтрино и антинейтрино, но абсолютно никакого воздействия на живые организмы они не оказывают.
ДОЗА ИЗЛУЧЕНИЯ И ЕЕ ИЗМЕРЕНИЕ
Для того чтобы охарактеризовать воздействие ионизирующего излучения на организм, используют понятие дозы. Доза ионизирующего излучения - это энергия, которую излучение передает тому телу, через которое оно проходит. Единица поглощенной дозы Дпогл является 1 грей (1 Гр), 1 Гр отвечает поглощению 1 Дж в 1 кг вещества.
Парадокс состоит в том, что энергия, отвечающая поглощению организмом человека, например, дозы в 1 Гр, сама по себе очень мала, а вот вредное воздействие она оказывает значительное (возможно даже появление лучевой болезни). Между тем с точки зрения поглощенной энергии доза в 1 Гр отвечает, например, тому, что человек выпил чайную ложку воды с температурой около 55С. Понятно, что температура тела при этом практически не изменится и никакого вреда человеку не принесет.
Ученые объяснили, почему в случае воздействия на организм даже небольших доз возможны тяжелые последствия: все дело в образующихся под действием излучения ионах, и особенно свободных радикалах. Вредное воздействие поглощенного ионизирующего излучения зависит от того, каким типом излучения обусловлена доза. Вредный эффект поглощенной дозы в 0,1 Гр от a-радионуклида значительно сильнее, чем от такой же дозы, связанной с поглощением b-, g- или рентгеновского излучения. Для характеристики различий воздействия на организм ионизирующего излучения разных типов используют понятие эффективной дозы Дэфф . Дэфф = WR * Дпогл (коэффициент WR отражает эффективность биологического воздействия излучения). Значение WR для b- и g-излучения равно 1, а для a-излучения - 20. Единица эффективной дозы - 1 зиверт (1 Зв).
Согласно принятым в нашей стране нормам, предельно-допустимая доза для жителей России равна не более 5 мЗв за год. Отметим, что годовая доза, отвечающая среднему по нашей стране естественному фону ионизирующего излучения, составляет чуть менее 1 мЗв. Для отдельных участков поверхности Земли естественный фон колеблется от 0,5 до 2 мЗв. Так, естественный фон на территории Франции значительно выше, чем в России, а особенно высок он в отдельных регионах Индии и Бразилии.
Для работников предприятий ЯТЦ значение предельно-допустимой дозы составляет не более 50 мЗв за год. Вопрос о том, что такое предельно-допустимая доза и на основании чего она установлена, довольно сложен и будет кратко рассмотрен далее.
Из-за того, что абсолютные значения энергий, при которых уже проявляется вредное действие излучения на организм, довольно малы, измерить их довольно сложно. Поэтому используют понятие так называемой экспозиционной дозы Дэксп . При этом речь идет не об измерении энергии, поглощенной организмом, а о характеристике излучения по вызываемому им эффекту ионизации воздуха. Для измерения возникающей электропроводности газа созданы довольно простые приборы (например, счетчик Гейгера-Мюллера).
Если измерить число ионов, возникших при прохождении излучения через воздух, то можно сделать вывод о значении экспозиционной дозы Дэксп. Внесистемная единица экспозиционной дозы 1 рентген (1 Р). При экспозиционной дозе в 1 Р в 1 см3 сухого воздуха, находящегося при 0C и 0,1 МПа, за счет прохождения g- или рентгеновского излучения возникает 2,08 * 109 пар ионов. Экспозиционной дозе в 1 Р для человеческого тела соответствует эффективная доза примерно в 0,01 Зв, так что по измерениям экспозиционной дозы можно ориентировочно судить и об эффективной дозе.
Вопрос о том, какая максимальная доза ионизирующего излучения допустима для человека, очень сложен и не имеет однозначного ответа. Установлено, что воздействие на организм в течение года дозы в несколько зивертов (а это по сравнению с естественным фоном очень большая доза) приводит к увеличению вероятности появления у облученного различных заболеваний, и чем больше полученная доза, тем выше вероятность их появления.
Но ведь все мы постоянно подвергаемся воздействию малых доз радиации, причем колебания естественного радиационного фона в несколько раз ни на продолжительности жизни, ни на частоте заболеваний не сказываются. Как же обстоит дело с вредом от малых доз? Надежных данных о том, какое воздействие оказывают малые дозы радиации (на уровне от нескольких миллизивертов до 20-50 мЗв в год) на частоту появления заболеваний, нет.
Некоторые ученые считают, что зависимость <�доза - вредный эффект> имеет пороговый характер, вред возможен начиная только с определенных значений доз. Если вреда обнаружить до определенного значения дозы не удается, то такая максимальная доза может рассматриваться как предельно-допустимая. Другие полагают, что существует пропорциональная зависимость: чем больше доза (сколь бы мала она ни была), тем выше частота возможных онкологических заболеваний в течение жизни человека.
Наконец, как ни странно, существует и такая точка зрения: малые дозы, даже в 5-10 раз большие естественного фона, полезны для организма и способствуют увеличению продолжительности жизни. У сторонников каждой точки зрения есть аргументы в пользу своих представлений. Так как однозначного вывода сделать нельзя, в настоящее время принято считать, что, чем меньше получаемая человеком доза ионизирующего излучения, тем лучше. Поэтому стараются всячески снижать дозу, получаемую организмом (например, ограничивая число медицинских рентгеновских обследований).
РАСПРЕДЕЛЕНИЕ РАДИОНУКЛИДОВ
ПО ПОВЕРХНОСТИ ЗЕМЛИ. РАДИАЦИОННЫЕ АВАРИИ
По разным причинам на одних участках земной коры содержание природных радионуклидов более высокое, на других - более низкое. Из-за этого фон по поверхности Земли заметно меняется. Кроме природных радионуклидов в результате испытаний ядерного оружия, работы предприятий ЯТЦ и происходивших на ядерных объектах авариях по всей поверхности Земли, включая поверхность океанов, распространились и техногенные радионуклиды.
Рассмотрим кратко, в чем состоят, например, причины загрязнения радионуклидами окружающей среды даже при нормальной (безаварийной) работе предприятий ЯТЦ. Сначала из недр Земли извлекают урановую руду. Затем ее дробят. Используемые в настоящее время урановые руды часто содержат менее 0,5% урана. Добиться полного извлечения урана из таких бедных руд нельзя. В результате на поверхности Земли возникают огромные отвалы переработанных руд, так называемые хвосты. Для работы ядерного реактора мощностью в 1 ГВт в течение года требуется переработать столько руды, что объем образовавшихся хвостов превышает 3*105 м3. По имеющимся данным, общий объем урановых хвостов в США уже превышает 0,14 км3!
Для окружающей среды плохо не только то, что уран при этом оказывается на поверхности Земли и становится возможным воздействие его излучения на человека, но и усиливается переход опасного дочернего 222Rn в атмосферу. При ветровой эрозии уран попадает в виде аэрозолей в воздух, вымывается дождями (особенно сильно современными кислотными) и попадает на те участки поверхности, где его раньше не было. К тому же в хвостах после извлечения урана оказывается большая часть дочерних продуктов распада урана - серьезных загрязнителей окружающей среды.
Даже при нормальной (штатной) работе ядерных реакторов в атмосферу постоянно поступает радионуклид 85Kr (Т1/2 = 10,72 года). Криптон - инертный газ, его трудно удалить, связав в какое-либо химическое соединение, и образующийся 85Kr смешивается с атмосферным воздухом. Кроме 85Kr при штатной работе реактора в окружающую среду попадают тритий 3Н, радиоиод 131I и некоторые другие радионуклиды.
Распространению техногенных радионуклидов по поверхности Земли способствует и отсутствие стопроцентно надежных способов захоронения радиоактивных отходов, образующихся на предприятиях ЯТЦ. Хотя высокорадиоактивные отходы и переводят для безопасного хранения в удобные формы, например, смешивая с цементом с образованием твердого бетона, полностью предотвратить переход радионуклидов из этих материалов в окружающую среду не удается.
К особенно тяжелым последствиям с точки зрения распространения техногенных радионуклидов по поверхности Земли приводят аварии, которые происходили на ядерных реакторах (например, авария в Уиндскейле, Великобритания, 1957 год, авария на Трехмильном острове в США, 1979 год, и особенно авария на Чернобыльской АЭС в СССР в 1986 году), или аварии в местах хранения радиоактивных отходов (Кыштым, СССР, 1957 год).
В результате Чернобыльской аварии, которая имела характер глобальной катастрофы, большие площади Украины, Белоруссии и России (главным образом в Брянской области) оказались сильно загрязненными радионуклидами. Всего в атмосферу тогда попало около 300 различных радионуклидов, в том числе 90Sr, 137Cs, 131I, 95Zr, 140Ba. След от аварии протянулся от Финляндии и Швеции до Грузии и Турции. Какова сейчас ситуация с радионуклидами, попавшими в окружающую среду в результате этой аварии?
Разумеется, все перешедшие в окружающую среду сравнительно короткоживущие радионуклиды (131I, 95Zr, 140Ba) уже полностью распались. Основные количества долгоживущих радионуклидов 90Sr и 137Cs с талыми водами, потоками дождевой воды частично перешли в реки и оказались в донных отложениях. 137Cs подвержен миграции по поверхности Земли значительно слабее, чем 90Sr, он оказывается прочно связанным с почвой, илом, глиной. Значительно лучше мигрирует в почвах 90Sr (из-за образования растворимого в воде гидрокарбоната Sr(HCO3)2). Поэтому в настоящее время наибольшую опасность представляет попадание с пищевыми продуктами в организм человека именно 90Sr, хотя в отдельных местах сохраняются и опасные уровни загрязненности по 137Cs.
Изучением распределения радионуклидов по поверхности Земли и выявлением связи этого распределения с воздействием ионизирующего излучения на живые организмы занимается радиоэкология - наука, развившаяся в последние десятилетия на стыке биологии, физики и радиохимии.
РАДИАЦИЯ И ЖИЗНЬ
Когда речь заходит о радиации и ее влиянии на все живое на Земле, в настоящее время господствует мнение, что от радиации одни неприятности. Конечно, при неумелом обращении с источниками ионизирующих излучений, природными и техногенными радионуклидами здоровью и каждого отдельного человека и человечеству в целом может быть нанесен существенный урон.
Но вместе с тем нельзя не учитывать и того, что мутации, обусловленные природными радионуклидами, которые наблюдались в ходе развития жизни на Земле, способствовали эволюции видов. Имеется и такая точка зрения, что само возникновение жизни на Земле было бы невозможно без воздействия ионизирующих излучений.
Земные организмы адаптировались к колебаниям естественного фона. Например, на продолжительности жизни людей, живущих в регионах Земли с заметно различающимся фоном ионизирующего излучения, значимые колебания фона никак не сказываются, более того, в некоторых местах с повышенным фоном средняя продолжительность жизни оказывается заметно больше, чем людей, живущих в регионах с низким естественным фоном. В настоящее время вклад техногенных радионуклидов в значение средней эффективной дозы незначителен и составляет несколько процентов от общей дозы, он значительно меньше, чем вклад только от природного 222Rn.
Нужно подчеркнуть, что вред для здоровья от всех техногенных радионуклидов для жителей России неизмеримо меньше того вреда, который приносит такая вредная привычка, как табакокурение. Можно надеяться, что в дальнейшем будут разработаны менее опасные, чем сегодня, процессы получения ядерной энергии и более надежные способы обращения с высокорадиоактивными отходами, так что даже потенциальный вред от использования радионуклидов будет практически исключен.
ЛИТЕРАТУРА
1. Нормы радиационной безопасности (НРБ-99). М.: Центр сан.-эпидемиол. нормирования, гигиен. сертификации и экспертизы Минздрава России, 1999. 116 с.
2. Холл Э.Дж. Радиация и жизнь: Пер. с англ. М.: Медицина, 1989. 256 с.
3. Сапожников Ю.А., Бердоносов С.С. Радиоэкология // Химическая энциклопедия. М.: БРЭ, 1995. Т. 4. С. 173.
|
