геофизические факторы экологического риска северной евразии

АНАЛИЗ. МЕТОДИКИ. ПРОГНОЗЫ
ГЕОФИЗИЧЕСКИЕ ФАКТОРЫ
ЭКОЛОГИЧЕСКОГО РИСКА
СЕВЕРНОЙ ЕВРАЗИИ
Т.А. Барабошкина
МГУ имени М.В. Ломоносова
Природные геофизические
факторы
О сн овн ая д оля
ф изических
стрессов населения С еверной
Евразии связана с природны ми
ф акторами риска, обусловлен­
ными радиоактивным распадом
элементов естественных радио­
активных семейств урана, то­
рия, а также калия-40. Вклад
других изотопов в общем балан­
се радиоактивности Зем ной к о ­
ры менее значителен. Радиогеохимической особенностью д ан ­
ной территории является слож ­
н ая естествен н о -и сто р и ческая
м озаика распределения и м иг­
рации естественных радионук­
лидов (Е РН ) в горных породах,
почвах и природных водах 11].
Существует четкая латеральная
и вертикальная радиогеохимическая зональность на террито­
рии РФ (рис. 1).
Э кологические
проблемы,
обусловленные природными гео­
ф изическим и риск-ф акторам и,
как правило, фиксируются в тех
районах, где уровень содержания
природных радионуклидов в гор­
ных породах достигает 2,5 — 10
кларков и выше (что обусловле­
но особенностями осадконакопления и магматической диф ф е­
ренциации
в тектонических
структурах и фациальных зонах
земной коры) [2 — 4].
П овы ш ен ие норм ативного
ф она в 10 — 100 раз неизбежно
сказывается на уровне облуче­
ния живых организмов, в осо­
бенности в тех случаях, когда
ЕРН и дочерние продукты р ас­
пада попадают внутрь организ­
ма вместе с пищ ей, водой или
воздухом [4 — 6].
Среди ЕРН наибольшую ра­
диационную опасность предс­
тавляет радон и дочерние про­
дукты его распада. Важно подче­
ркнуть, что их вклад в суммар­
ную дозу облучения составляет
более 50 %. Канцерогенное воз­
действие этих агентов установле­
но в результате многолетних
наблю дений за ш ахтерами из
различны х
регионов
мира.
Следует иметь в виду, что при
комплексном воздействии иони­
зирующего излучения и других
канцерогенных факторов иони­
зирующее излучение усиливает
влияние канцерогенов [2, 7|.
Величина концентрации ЕРН
в гидросфере имеет существен­
ное значение, поскольку в вод­
ной среде происходит наиболее
интенсивная миграция радио­
нуклидов и вода (питьевая и тех­
ническая) является
прямы м
риск-фактором воздействия на
население планеты. Содержание
радиоактивных элементов в по­
верхностной гидросфере зависит
не только от геологических, но и
геоморфологических, клим ати­
ческих и сезонных факторов.
Подземные воды со значи­
тельными концентрациями ура­
на (/;■ 10 5 — я-10'3 г/л) обычно
связаны с рудными месторожде­
ниям и и особую опасность
представляют, когда радиоактив­
ное равновесие сдвинуто в сто­
рону конечных продуктов распа­
да природного урана (от радия226 до полония-210). М акси­
мальные количества урана ф и к­
сируются в водах зон окисления
урановых месторождений (на по­
рядок выше предельно допусти­
мой концентрации). Значитель­
ную опасность представляют ра­
Экология и промы ш ленность России, февраль 2014 г.
доновые подземные воды — с
концентрацией радона более
10 Бк/л. Они могут быть синхро­
низированы с породами любого
состава, генезиса и возраста, со­
держащих уран и торий как в
фоновых, так и особенно в по­
вышенных концентрациях. М иг­
рация радона в естественных ус­
ловиях может быть инициирова­
на разведочными и эксплуатаци­
онными горными работами либо
другими видами экономической
деятельности [8].
Следует отметить, что вариа­
ции содержания радона в воде
имеют сезонный и суточный ха­
рактер, а также могут быть
"внеплановыми" (наприм ер, в
связи с землетрясениями), дос­
тигающими целого порядка. П о­
этому с экологической позиции
актуален мониторинг радиоак­
тивности подземных вод.
Содержание ЕРН в приземном
слое воздуха и в верхних слоях ат­
мосферы лимитируется в основ­
ном процессами миграции радона
и торона с поверхности и перено­
сом радионуклидов воздушными
потоками. Однако прямая корре­
ляция содержания урана и тория
в породах с распределением их
эманации в воздухе — скорее иск­
лючение, чем правило. Среднее
значение концентрации радона в
приземном слое атмосферы сос­
тавляет 4,8 Бк/м 3, а вариации мо­
гут достигать нескольких поряд­
ков, как в пространстве, так и во
времени (рис. 2).
Проблема накопления радона
в атмосфере жилых и служебных
помещ ений в последние годы
привлекает всеобщее внимание,
так как в 20 % случаев причиной
заболевания раком легких диаг­
35
АНАЛИЗ. МЕТОДИКИ. ПРОГНОЗЫ
C.F.BKVHbVW
ледовиты й
ОКЕ. АН
Рис. 1. Зоны природной радиации на территории России (поданным ВИРГ-Рудгеофизика [5], 1 0 2 м3 в/год:
1 — пониженной (до 60); 2 — умеренной (до 60 — 90); 3 — повышенной (до 90 — 135); 4 — высокой (до 135 — 500)
ностируется радон и продукты его их долю приходится более 90 %
распада. Согласно данным выбо­ коллективной дозы, в т. ч. за
рочных обследований, осущес­ счет "медицинского" облучения
твленных в США, от 8 до 12 % около 24 %. В ряде субъектов
домов отличаются содержанием Российской Федерации особен­
радона свыше допустимого уров­ ности радиационной обстановки
ня (200 Б к/м 3), в Англии и Шве­ , до сих пор определяются радио­
ции эта доля еще выше [5, 8].
активным загрязнением, обус­
Для России, в современный ловленным последствиями ава­
период бума индивидуального рии на Ч ернобы льской АЭС
коттеджного строительства, дан­ (1986 г.), деятельностью ПО
ные вопросы также актуальны, "Маяк" (г. Кыштым) и Семипа­
вследствие слабой изоляционной латинского полигона в предыду­
защиты подвальных помещений щие годы (см. таблицу). Н аибо­
от миграционных потоков ЕРН.
лее загрязнённой остается терри­
тория в районе р. Теча, куда по­
Физические факторы
падают сбросы технологических
Значительный вклад в кол­ вод ПО "Маяк". Среднегодовая
лективную дозу облучения насе­ удельная активность стронция —
ления России (наряду с природ­ на 3 порядка выше фонового
ными источниками ионизирую ­ уровня для рек России [3, 6, 9J.
К зонам радиоактивного заг­
щего излучения) вносят источ­
ники, используемые для медици­ рязнения различного уровня в
нских диагностических рентге­ результате аварии на Ч ерно­
норадиологических процедур. На быльской АЭС были отнесены
Крупнейшие аварии на территории СССР и России [5]
Год
1957
1986
1993
36
Место аварии
г. Кыштым
Чернобыльская АЭС
Сибирский химический
комбинат
Классификация аварий
Выброшенная
по шкале МАГАТЭ
6
7
5
активность’ Ки
2 ООО 000
50 000 000
1 000
территории, расположенны е в
Белгородской, Брянской, Воро­
нежской, Калужской, Курской,
Ленинградской, Липецкой, Ор­
ловской, П ензенской, Рязанс­
кой, Тамбовской, Тульской и
Ульяновской областях.
В соответствии с Постановле­
нием Правительства России "Об
утверждении перечня населен­
ных пунктов, находящихся в гра­
ницах зон радиоактивного заг­
рязнения вследствие катастрофы
на
Ч ернобы льской
АЭС"
(№ 1582) к зонам радиоактивно­
го загрязнения (зоны отчужде­
ния, отселения, с правом на от­
селение и социально-экономи­
ческая) отнесены 4343 населен­
ных пункта (где проживало бо­
лее 1,5 млн человек).
Значительный вклад в деста­
билизацию природного фона
имеют также и образующиеся
радионуклиды в результате ядерных реакций при атомных взры­
вах (как мирного, так и военно­
го характера), а также при рабо­
те промыш ленных и исследова­
тельских атомных реакторов, ус­
корителей и др. [6, 10].
С 1965 по 1988 гг. в СССР
было проведено около 124 ядерных взрывов в интересах народ­
Экология и промы ш ленность России, февраль 2014 г.
АНАЛИЗ. МЕТОДИКИ. ПРОГНОЗЫ
О
1
....
о
2
8
О
9
3
т
10
VI
4
\ /ч/ '
'
5 1г £
11
' 12
У
.'
6
_
--
13
_
7
Рис. 2. Степень радоноопасности регионов России (по данным Геологического атласа России, 1 9 96 [4]):
1 — 4 — степень радоноопасности регионов России: 1 — кларковая или докларковая концентрация радона; 2 — потен­
циально опасные; 3 — опасные; 4 — повышенного риска; 5 — номера радоноопасных районов (римские цифры на схе­
ме): I — Волго-Камский; II — Прибалтийский; III — Кольский; IV — Ухта-Северо-Уральский; V — Северо-Кавказский; VI —
Забайкальско-Южно-Сибирский; VII — Анабарский; VIII — Буреинский; IX— Чукотский; X — Приморский; XI — Зауральс­
кий; XII — Енисейский; XIII — Камчатский; 6 — регионы с повышенной концентрацией радия и радона в подземных водах
нефтегазоносных провинций (цифры в кружках): 1 — Тимано-Печорской, 2 — Северо-Кавказской, 3 — Западно-Сибирской, 4 — Лено-Тунгусской, 5 — Охотско-Сахалинской; 7 — 13 — тектоническое районирование: 7 — древние платформы;
8 — молодые платформы; 9 — щиты и срединные массивы; 10 — складчатые области фанерозоя; 11 — вулканогенные
пояса; 12 — границы тектонических структур; 13 — граница Русской и Скифско-Туранской платформ
ного хозяйства, 117 из которых
были осуществлены вне границ
ядерных полигонов. И з них 3 (в
И вановской области и в Якутии)
сопровождались авариями, при
которых произошла утечка про­
дуктов радиоактивного распада.
И сточником создания л о ­
кальной
радиоэкологической
напряж енности, как видно из
рис. 3, является и эксплуатация
урановых месторож дений или
месторождений уран- и торий­
содержащих полезных ископае­
мых, к которым прежде всего
должны быть отнесены некото­
рые виды агроруд, каменных и
бурых углей, горючих сланцев.
Начальные этапы топливноядерного цикла, охватывающие
добычу и первичную переработ­
ку урановых руд, вносят при
этом наиболее существенный и
постоянно действующий вклад в
осложнение как радиационной,
так и экологической обстановки
в целом [5].
Неуклонный рост количества
используемых
минеральны х
удобрений также может прово­
цировать интенсификацию кру­
говорота естественных и искус­
ственных радионуклидов в сис­
теме почва — сельскохозяй­
ственные растения. Фосфорные
удобрения в этом отнош ении н а­
иболее показательны . Вслед­
ствие длительного применения
фосфатных удобрений в почве
может увеличиваться количество
радионуклидов рядов урана и то­
рия на 0,25 — 1 % к естествен­
ной активности, хотя при этом
заметного увеличения активнос­
ти сельхозпродукции не отмеча­
ется.
И нтенсиф икация трансф ор­
мации компонентов экосистем
под влиянием техногенной миг­
рации радионуклидов происхо­
Экология и промы ш ленность России, февраль 2014 г.
дит и в результате сжигания и
традиционных энергоносителей
(газ, горючие сланцы, нефть, уг­
ли, торф), так как все они содер­
жат в различных (небольших)
концентрациях ЕРН. Концент­
рация радионуклидов в атмос­
ферных выбросах зависит от их
концентраций в ископаемом
топливе, его зольности, техноло­
гии сжигания, соотнош ения тя­
желых и легких шлаков, эф ф ек­
тивности фильтрующих систем.
К сожалению, степень оза­
боченн ости научной об щ ест­
венности ф изическим и стрес­
сам и техногенного характера
достигает максимума, как п р а­
вило, только в период катаст­
роф
глобального м асш таба,
ин ици ирую щ их региональн ое
загрязнение ком понентов эк о ­
систем и вызывающ их масш таб­
ную угрозу здоровью и ж изни
населения [9, 11].
37
АНАЛИЗ. МЕТОДИКИ. ПРОГНОЗЫ
СЕ В Е РН Ы Й
ЛЕДОВИТЫМ
ОКЕАН
ч-Й«. «.<>Ч
\C K B A
~а 5
1
а
S
7
А* - Ь
8
2
кААА
9
Г
* * *
10
11
12
13
Рис. 3. Схема радиоактивного загрязнения России (с учетом техногенных и природных риск-ф акторов) [5]:
1 — месторождения урана (а — разведуемые; б — подготовленные к эксплуатации; в — эксплуатируемые; г — отрабо­
танные); 2 — комбинаты горнохимические (а); радиохимические и металлургические (б); 3 — атомные электростанции
(а); технологические (б) и исследовательские (в) атомные реакторы; базы атомного флота (г); 4 — места проведения
атомных взрывов (а — подземных в мирных целях; б — приповерхностных в мирных целях, в — в военных целях); 5 —
пункты захоронения радиоактивных отходов (а — подземного; б — приповерхностного; в — подводного); 6 — локальное
радиоактивное загрязнение местности (а) и места слива жидких радиоактивных отходов в морях (б); 7 — площадное ра­
диоактивное загрязнение местности (а > 1; б > 5 Ки/км2); 8 — 13 — тектоническое районирование (8 — щиты (докембрийские складчатые области); 9 — фанерозойские складчатые области и обрамление щитов; 10 — современные под­
вижные области; 11 — вулканические пояса; 12, 13 — чехлы древних и молодых платформ)
Глобальное техногенное загряз­
нение радионуклидами равномер­
но охватывает территорию Земно­
го шара и вносит относительно
небольшие дозы ионизирующего
облучения. Глобальное загрязне­
ние формируется за счет взрывов
ядерных бомб, когда мелкие час­
тицы поднимаются в верхние слои
атмосферы (15 — 25 км) и затем
медленно в течение нескольких
лет выпадают на Землю. Основное
значение приобретают долгоживу­
щие радионуклиды (цезий-137,
стронций-90 и др.) [1, 8].
Региональное техногенное заг­
рязнение радионуклидами форми­
руется за счет выпадения из ради­
ационного облака в течение бли­
жайших дней (и даже часов) цело­
го комплекса радионуклидов, где к
ранее упомянутым добавляются
более короткоживущие. След ра­
диоактивного облака может протя­
гиваться на тысячи километров и
38
охватывать площади в сотни и ты­
сячи квадратных километров (Вос­
точно-Уральский, Чернобыльс­
кий, Фокусимский и др.)
Локальное техногенное загряз­
нение охватывает относительно
небольшие участки (десятки и
сотни квадратных километров)
на разном удалении от непосре­
дственных источников загрязне­
ния (вблизи различных ядерных
производств или соответствую­
щих военных объектов). П ри
этом
наблю дается
наиболее
пестрый состав радионуклидов.
В среднем годовая доза облуче­
ния населения за счет ядерного
комплекса в нормальных услови­
ях работ эквивалентна лиш ь н е­
большой части облучения зэ счет
естественной радиации (менее
0,2 %). Основная доза приходит­
ся на людей, живущих не далее
нескольких километров от стан­
ции [1, 8].
За последние десятилетия в
целом на территории Северной
Евразии радиационно-гигиени­
ческая ситуация улучшилась. Доля
проб продуктов питания, не отве­
чающих гигиеническим нормати­
вам по содержанию радионукли­
дов, уменьшилась в два раза.
Однако отмечены случаи пре­
выш ения допустимого содержа­
ния радионуклидов в продуктах
питания местного производства
в Брянской и Калужской облас­
тях — в основном в мясомолоч­
ных продуктах, производимых в
частном секторе, а также в гри­
бах и ягодах.
И зменение динам ических и
энергетических параметров дру­
гих видов ф изических полей так
же может привести к необрати­
мым явлениям , десинхрониза­
ции отдельных органов, рассог­
ласованности биоритмов чело­
века.
Экология и промы ш ленность России, февраль 2014 г.
АНАЛИЗ. МЕТОДИКИ. ПРОГНОЗЫ
Поля с аномальными энерге­
тическими характеристиками я в ­
ляются факторами поражающего
воздействия на кору головного
мозга и высшую нервную дея­
тельность, наруш аю щ ими и м ­
мунную систему человека. Н аи­
более чувствительные системы
организма человека — нервная,
иммунная, эндокринная и поло­
вая.
Благодаря длительным м они­
торинговым наблюдениям и учи­
тывая важность воздействия на
здоровье человека вариаций гео­
магнитного поля планеты прог­
ноз его изменения включен в
официальные выпуски новостей
наравне с прогнозом погоды.
Продуктом современной ц и ­
вилизации, имеющим повсеме­
стное распространение на урба­
низированных территориях, я в ­
ляется воздействие электромаг­
нитных полей (ЭМ П). Так, нап­
ример, в Санкт-Петербурге и н ­
тенсивность ЭМ П в 1000 раз
превыш ает внегородской уро­
вень. А в М оскве уровень элект­
ромагнитного фона за последние
десятилетия вырос в 100 — 1000
раз. Н аиболее типичны м и эк о ­
логическим и последствиями я в ­
ляется рост числа таких заболе­
ваний у населения, как и н ф ар к­
ты, лейкозы , злокачественные
новообразования. Кроме того,
увеличивается количество пато­
логических состояний (голов­
ная боль, ослабление памяти,
быстрая утомляемость, потеря
аппетита) у населения м егапо­
лисов [3].
О дноврем енно с растущ им
действием
ЭМ П
население
подвергается все большему нега­
тивному ультразвуковому и инфразвуковому воздействию. Ранее
они диагностировались преиму­
щ ественно при землетрясениях и
релаксации сейсмических напря­
жений, вызывая галлюцинации,
страх и панику. Новые виды сов­
ременной техники могут прово­
цировать аналогичные биологи­
ческие реакции живых организ­
мов. Ф изические стрессы насе­
ления могут усиливаться в райо­
не разломных зон, а также на
территориях с высоким уровнем
трансф орм ации геохимических
полей [2, 3].
На современном этапе разви­
тия цивилизации техногенные
вариации физических риск-ф ак­
торов имеют параметры не со­
поставимые с природными. В
процессе адаптации живых орга­
низмов к их техногенным вариа­
циям в популяциях формируется
ш ирокий спектр негативных би­
ологических реакций (онкопато­
логия, нарушение функциониро­
вания эндокринной, нервной и
др. систем организма человека) с
непредсказуем ы м и социальноэкономическими последствиями
снижающ ими устойчивость раз­
вития общества.
О днако м одернизация про­
м ы ш ленности — важная задача
научно-технического потенциа­
ла России. Разрабатывая и н н о ­
вационны е подходы в пром ы ш ­
ленности, важно пом нить, что
человек, по сути, является н а и ­
более сложной организованной
системой. И для его сущ ество­
ван и я и ж и знедеятельности
важно оптимальное сочетание
биоф изических и биохимичес­
ких процессов. Их разбалансировка под влиянием ф изичес­
ких стрессов может иметь тра­
гические последствия как для
индивидиума в частности, так и
для популяции в общем. У м и ­
рового научного сообщ ества н а ­
коплен колоссальны й опыт и с­
следования воздействий на ор­
ганизм человека радиационных
полей, как природного, так и
техногенного генезиса. И ндуци­
руемые разноплановы е ф и зи ­
ческие поля зачастую не имеют
природных аналогов, что осо­
бенно опасно в местах ком п акт­
ного прож ивания или работы
людей. О рганизм человека не
приобрел в процессе эволю ци­
онного развития даже м и н и ­
мального опыта адаптации к
ним , поэтому очень важно, что­
бы комплексные меры защ иты
населения от новых физических
риск-ф акторов разрабатывались
си н хрон н о с м одерн и зац и ей
пром ы ш лен ной базы России,
м инимизируя риски для населе­
ния.
Д ифференциация науки (уз­
кая специализация отдельных
отраслей) на современном этапе
является тормозом в решении
основной задачи сформулиро­
ванной на "Саммите Земли —
РИО+20" — обеспечение ком ф о­
ртного сосуществования челове­
чества в гармонии с природой и
обществом.
Литература
1. Атлас геолого-геохимических и эколого-геологических карт Российс­
кой Федерации (1:5 000 000) / Э.К. Буренков, М.В. Кочетков, А.Ф. Морозов,
Л.А. Островский, B.C. Певзнер, Е.И. Филатов, Е.П. Ширай. М.: ИМГРЭ,
Минприроды; 1994-1997.
2. Барабошкина Т.А. Геохимические факторы экологического риска. Гео­
риск. 2012. № 3.
3. Богословский В.А., Жигалин А.Д., Хмелевской В.К. Экологическая гео­
физика. М.: Изд-во МГУ, 2000.
4. Косинова И .И ., Барабошкина Т.А., Золототрубов Е.Б. Экологическая
оценка динамики радиационного поля некоторых участков горнодобываю­
щих районов Курской магнитной аномалии / / Юг России: экология, разви­
тие. 2007. № 1.
5. Смыслов А.А., Межеловский Н.В., Алексеев С.В. и др. Недра России. В
2-х т. Т. 2. Экология геологической среды / Под ред. Н.В. Межеловского,
А.А. Смыслова. Санкт-Петербург. Горный ин-т. Межрегион. центр по геол.
картографии. СПб.-М., 2002.
6. Трофимов В.Т., Жигалин А.Д., Барабошкина Т.А. и др. Изменение эко­
логических функций литосферы при военных действиях / / Вестник Моско­
вского университета. Сер.4. Геология. 2006. № 5.
7. Baraboshkina Т.А. The geological factors of ecological risk of Russia//50
godini Minno-geolojki universitet "Sv. Ivan Rilski". Godishnik, t. 46, svitak 1,
Geologiya i geofizika, Sofija. 2003.
8. Максимовский B.A., Мальцев A.B., Харламов М.Г. Эколого-радиогеологическая карта (1:5 000 000). Объяснительная записка. М., 1998.
9. Иванов В.К., Цыб А.Б. Медицинские последствия аварии на ЧАЭС для
ликвидаторов и населения загрязненных радионуклидами территорий Рос­
сии: Прогноз и фактические данные национального регистра//Чернобыль: 15
лет спустя. М.: Контакт-культура, 2001.
10. Trofimov У.Т., Ziling D.G., Baraboshkina Т.А. Ecological functions of lith­
osphere & life / / South-Russian bulletin of geology, geography and global energy.
2004. V 3. № 9.
11. Глобальная экологическая перспектива (ГЭП-5). Программа Органи­
зации объединенных наций по окружающей среде. ЮНЕП. Найроби: Секция
типографских услуг ЮНОН. 2012. ■
Экология и промы ш ленность России, февраль 2014 г.
39