Загальні відомості про забруднення ландшафту радіоактивними речовинами і важкими металами

Техногенний вплив на агроланшафти є важливим фактором, який визначає їх стан, родючість ґрунтів і якість урожаю. Основними технічними забруднювачами є радіоактивні речовини і важкі метали.

Сільське господарство України є галуззю, що найбільш постраждала від Чорнобильської катастрофи 1986 року. В поняття "сільське господарство", в цьому випадку включається не тільки виробництво сільськогосподарської продукції, а перш за все уклад життя значної кількості населення, взаємодія його з агроландшафтом, оточуючим природним середовищем [121]. Внаслідок аварії на ЧАЕС забруднено 4,5 млн. га сільськогосподарських угідь (12% від їх загальної площі [124].

Атомна енергетика у всьому світі стала реальною альтернативою теплової енергетики. Практика експлуатації атомних електростанцій (АЕС) підтвердила можливість їх екологічної чистоти при одержанні проектних технологічних режимів роботи. Разом з тим, безумовним є і те, що звільнення значних кількостей радіоактивних продуктів з активної зони реакторів являє собою реальну небезпеку, ймовірність того, що саме такі аварії є головним обмеженням подальшого розвитку атомної енергетики (Б.С. Прістер, 1991).

Сільськогосподарські аспекти при радіоактивному забрудненні агроландшафтів відіграють важливу роль у формуванні радіаційного стану. На людину впливає дія випромінювання радіонуклідів в процесі виробництва і споживання сільськогосподарської продукції. Радіонукліди мігрують в стравохідному ланцюзі: вода-грунт-рослини-тварини-продукти тваринництва, надходять до організму людини у виді як штучних, так і природних радіонуклідів [124].

Радіоактивність (від лат. radio - випромінюю і activus - діючий), мимовільне перетворення нестійких атомних ядер в ядра інших елементів, що супроводжується випромінюванням частинок або γ-кванту. Термін Нуклонозначає будь-які ядра, що відрізняються різним числом нуклонів, різним співвідношенням між числом протонів і нейтронів.

Нуклон( від лат. nukleus – ядро) - загальна назва протона і нейтрона, які є складовими частинами атомних ядер. Ядра складаються з нуклонів, протонів і нейтронів. Протон- це ядро водню, стабільна частинка, що не змінює свої характеристики у часі. Нейрону вільному стані (поза ядром) нестабільний , розпадається на протон, електрон та антинейтрино, заряду не має, середній час його життя приблизно 17 хвилин. Ядра, що мають однакове число протонів, називають ізотопами[65]

Основними радіонуклідами, які визначають радіаційний стан на забруднених ландшафтах, є цезій – (137 С₃) і стронцій – 90(90Sr).. Надходження цих радіоактивних елементів в організм людини з продуктами харчування відбувається, головним чином, в результаті їх переходу по ланцюгу: вода-грунт-рослин-продукція рослинництва і тваринництва.

Радіоактивні відходи створюються при експлуатації АЕС в результаті очистки води в різних технологічних системах реактору, ремонту або заміни обладнання, проведення лабораторних іспитів та інших заходів[65]. За фізичними характеристиками радіоактивні відходи розподіляються на газоподібні, рідкі і тверді. Як головний напрям вирішення проблеми ізоляції високоактивних радіаційних відходів існує їх поховання в геологічні формації, які спроможні за своєю природою забезпечити необхідні ізолюючі функції, але повної екологічної небезпеки даний спосіб не дає, особливо враховуючи інтегральне накопичення цих речовин протягом значного часу.

Основну потенціальну небезпеку радіаційного забруднення ландшафтів являють аварії на АЕС. В активній зоні реакторів зосереджено 98% всієї активності, тому, як відмічають Б.С. Прістер, Н.О.Лощілов, О.Ф. Немець, В.О. Поярков (1991), комплекс робіт яких використаний при написанні даного розділу, при аварії основну небезпеку являє руйнування активної зони реактора. Найкрупнішою аварією в Світі на АЕС, при якій відбулось руйнування активної зони реактора, була аварія 26 квітня 1986 року на IV блоці Чорнобильської АЕС в Україні.

Масштаби та інтенсивність міграції радіонуклідів визначаються висотою інжекції (вприску) їх в атмосферу, фізико-хімічними властивостями викидів (фазовим станом - рідкі, тверді, газоподібні), розчинністю, формою і дисперсністю частинок аерозолей (розподілом за розмірами), здатністю до утворення нерозчинних з'єднань або високорухливих комплексів, грунтово-кліматичними умовами (типом ґрунту, режимом зволоження, температурою повітря, тощо), інтенсивністю включення в процеси біогенної міграції [ 65].

До основних факторів, що визначають напрям та інтенсивність міграції радіонуклідів, належать:

─ розповсюдження в атмосфері Землі при змішуванні повітряних мас;

─ попадання на поверхню ґрунту, водоймищ, рослинного покриву в результаті гравітаційного і турбулентного осадження, дифузії, вимивання та інших процесів;

─ переміщення по земній поверхні зі стоком, зрошувальною водою, грунтовими водами, під дією вітру, в результаті господарської діяльності людини (обробка ґрунту та ін) та перемішування товщи води;

─ біогенна міграція при включенні радіаційних речовинв біологічні ланцюги.

Для оцінки масштабів Чорнобильського забруднення радіоактивними речовинами можливо, як відмічає Б.С.Прістер [124], порівняння його значень з доаварійними (глобальними). Глобальний рівень забруднення ґрунтів на рівнинних територіях Європи, що сформувався в результаті ядерних випробувань 40-70-х років, складав на початку 90-х років 2-3 кБк/м², в той же час, в гірських районах він міг досягати 4-10 кБк/м².

Ізолінію, що характеризує рівень 10 кБк/м², можливо умовно прийняти в якості нижнього рівня Чорнобильського забруднення. Площа, яка оконтурена цією лінією, складає близько 20 % території Європи, що дорівнює майже 2 млн. км². Масштаби забруднення території України відображені на карті (рис. 3), де показані контури територій з щільністю забруднення ґрунтів довгоживучим радіонуклідом ¹³⁷Cs вище за 37 кБк/м² (Б.С. Прістер, 1999).

До найбільш агресивних речовин, що забруднюють агроландшафти слід віднести і важкі метали . Промисловими підприємствами нашої країни щороку в атмосферу викидається близько 16 млн. т шкідливих речовин. За даними Інституту ґрунтознавства і агрохімії УААН, близько 29 % орних земель України тією чи іншою мірою забруднені важкими металами. [12].

До важких відносяться метали з щільністю більшою ніж у заліза: Pb, Cu, Zn, Ni, Cd, Co, Sb, Sn, Bi, Hg. Нормування вмісту важких металів в ґрунтах проводиться за таким показниками: валовий фоновий вміст важких металів у ґрунтах; фоновий вміст рухомих форм важких металів; гранично допустимі концентрації валового вмісту і рухомих форм важких металів . Крім того, С.А.Балюком розроблена методика оцінки ступеня забрудненості ґрунтів рухомими формами важких металів [12, 122]:

Ступінь забрудненості ґрунтів(С₃): ∑ КС

Незабруднений менше ГДК

Слабкий ГДК-2ГДК

Середній 2-5ГДК

Сильний 5-10ГДК

Дуже сильний понад 10ГДК

При цьому розраховується сума співвідношення фактичного вмісту металів до величини їх ГДК( практична допустима концентрація):

С₃=∑КС,

де С₃-ступінь забрудненості;

КС-коефіцієнт концентрації металу, що визначається відношенням фактичного вмісту металу в ґрунті до величини ГДК;

∑-сума визначених металів.

Як відмічає С.А.Балюк [12], вміст важких металів у зрошуваних ґрунтах підпорядковується загальній геохімічній зональності і характеризується більш високими концентраціями у ґрунтах Південного Степу порівняно із Північним Степом та Лісостепом. Локальне забруднення ґрунтів має місце у промислово-розвинених районах або в ландшафтах регіонів з високим геохімічним фоном (Донбас, Кривий Ріг).

Зрошення підсилює процеси міграції (перерозподілу) важких металів і зумовлює більш інтенсивне їх вилуговування з верхніх шарів ґрунту у нижні, що часто призводить до помітного зменшення забезпеченості верхніх шарів ґрунту такими важливими біогенними елементами, як: кобальт, цинк, мідь, марганець та ін. В цьому процесі визначальну роль відіграє більш інтенсивне споживання елементів рослинами [12].

Дані про вміст важких металів слід враховувати при розробці комплексу ландшафтних меліорацій, розміщенні сільськогосподарських культур, розробці системи добрив та хімічної меліорації ґрунту і води на зрошуваних землях.