Радиоактивно замърсяване на почвите и околната среда

Откриването на радиоактивността се смята за едно от най-великите открития на човечеството. Само няколко седмици след откриването на рентгеновите лъчи (през 1896г.) френският физик Анри Бекерел, като изучавал фосфоресциращите свойства на различни вещества започнал опит с калиев уранисулфат, който бил използван за същата цел от неговия баща по-рано. Опитът се състоял в това, че след излагане на дневна светлина минералът, добре завит в непропускаща светлина черна хартия, е бил проверяван след известно време дали фосфоресцира. По време на опита в шкафа е имало фотографска плака, на която след проверяването се получил образа на минерала.Силуетът на минерала се очертал под въздействието на силно лъчение с голяма проникваща способност върху фотоемулсията. Така е установено наличието на нови, наречени от Бекерел уранови лъчи, а явлението е наречено от Мария Кюри радиоактивност.

Откриването на радиоактивността се смята за едно от най-великите открития на човечеството. Само няколко седмици след откриването на рентгеновите лъчи (през 1896г.) френският физик Анри Бекерел, като изучавал фосфоресциращите свойства на различни вещества започнал опит с калиев уранисулфат, който бил използван за същата цел от неговия баща по-рано. Опитът се състоял в това, че след излагане на дневна светлина минералът, добре завит в непропускаща светлина черна хартия, е бил проверяван след известно време дали фосфоресцира. По време на опита в шкафа е имало фотографска плака, на която след проверяването се получил образа на минерала.Силуетът на минерала се очертал под въздействието на силно лъчение с голяма проникваща способност върху фотоемулсията. Така е установено наличието на нови, наречени от Бекерел уранови лъчи, а явлението е наречено от Мария Кюри радиоактивност.

Замърсяването на околната среда с радиоактивни вещества започва с възникването на атомната промишленост. Отначало това не е било известно, пък и липсата на информация за тази дейност поради секретността на производството не дава възможност да се оцени точно размера на това замърсяване. Доколкото е допуснато, може да приемем,че то е сравнително ограничено и локално. На различните етапи на производство на урановото гориво (открити или закрити рудници, хидрометалургично производство и концентрация на урана, очистване, обогатяване и др.) е възможно обогатяване с радионуклида уран и особено с радон (радон-222). Отпадъците от хидрометалургичните заводи могат да попаднат в най- близките реки и при напояване да се замърсят площите и растенията.В такива случаи при замърсени с уран води се препоръчва да се отглеждат специални водорасли, които могат да извличат и концентрират урана и да очистват водите.
Работите, свързани с усвояването на Космоса, може да станат потенциален източник на замърсяване в резултат на аварии, както това се случи в непланирано излитане над Индийския океан на космически апарат (1964), носещ на борда си източник на енергия, съдържащ плутон-238. В резултат на изгарянето на този апарат в атмосферата е изхвърлен плутон-238. Този радионуклид бавно се е спускал и е намерен в някои станции в южното полукълбо. Предполага се, че концентрациите са малки и облъчването незначително.
Локално замърсяване се получи и в Испания през 1966г., в резултат на сблъскване във въздуха на самолет, носещ ядрено оръжие, със самолет цистерна. Радиоактивните вещества от неексплоадиралото ядрено устройство бяха разпръснати върху площ от няколко хиляди декара. 990 тона почва беше изгребана и отнесена в гробници за радиоактивни вещецтва в Южна Каролина, САЩ.
Използването на ядрената техника в народното стопанство, медицината, научните изследвания и др., незначително замърсява околната среда. Газообразни отпадъци в малки количества се изхвърлят в атмосферата от реакторите и заводите, обработващи ядреното гориво. При текущата работа на атомните инсталации и апарати също се изпускат малки количества радиоактивни вещества в реките. В сравнение с радиоактивното замърсяване и облъчването от ядрените взривове, особено в атмосферата, тези източници на замърсяване са обикновено незначителни. Независимо от това обаче големият брой изотопни лаборатории може да създадат опасност от радиоактивно замърсяване при неспазване правилата за работа и съхраняване на отпадъците.
Подземни ядрени опити се извършват от САЩ, Англия и др. Ядреният експлозив се поставя в дупки на стотина и повече метри под повърхността на земята и се взривява.Дълбочината зависи от състава на скалата, мощността и целта на взрива. Обикновено не се получават изхвърляния на радиоактивни вещества освен в случаите, когато има отвори, процепи в скалите.Такива случаи е имало в щата Невада в САЩ, където с радиоактивен йод при подземен взрив са замърсениплощи.Огромната температура стопява скалите и се получават подобни на керамика материали, а подземните кухни са изпълнени с радиоактивни вещества.
Подземните ядрени опити освен военни могат да имат и мирни аспекти – за получаване на тежки елементи чрез ядрени взривове, разкриване на геотермална енергия, в минното дело, подпомагането на добива на газ и петрол и др.
В ядрените реактори всички радиоактивни вещества са в затворени системи и могат да бъдат изхвърлени навън само при аварии. При реакторите с водно охлаждане водата се активира и замърсява с радиоактивни вещества, но преди изхвърлянето тя се подлага на сложно пречистване и се прекарва през колони йонити за задържане на радиоактивните замърсители. Независимо от най-строгите мерки за безопасност при експлоатацията на ядрените реактори през вентили, помпи и други се допуща понякога изтичане на замърсени води и въздух. Най-опасни за радиоактивно замърсяване са аварийните ситуации.
Сериозни размери на радиоактивно замърсяване са допуснати при авариите на реакторите на атомните електроцентрали, независимо че при проектирането и строителството на атомните реактори се вземат всички известни предпазни мерки против аварии. Авариите, които станаха на реактори в Англия, САЩ и Русия, несъмнено показват огромната опасност за човечеството, когато атомът се изпусне от контрола на човека. Последствията от големите аварии в АЕЦ са сходни с последствията от взривяването на атомните бомби.
Такъв е примерът с аварията в Уйндскейл – Англия. На 8.Х.1957 г. в реактор №1 рязко се покачва температурата, операторите не успяват да контролират процеса.Решетката се стопява и горивото започва да изтича и да гори. Коминът на реактора започва да бълва радиоактивен дим и да замърсявя околната среда. Работниците от централата получават 150 пъти по-висока доза радиация над допустимата, а местността в близост – над десетократно по-висока. Радиоактивните облаци надвисват над Северна Англия, Шотландия и част от Северна Европа. Загасването на пожара се удава едва на 4-тия ден след аварията. За щастие по време на аварията смъртни случаи няма. Замърсяването на пасищата, а от там и на млякото на кравите с радиоактивен йод, е причина да се изхвърлят огромни количества мляко в океана. По данни на Съвета за радиологична защита, в Англия за 30-годишен период след аварията вследствие на облъчването се разболяват и почиват 33 души. Властите на Великобритания по политически причини не разкриват тогава и по-късно причините и същността на аварията в Уйндскейл. Това е направено едва след 30 години.
Огромна бе и аварията в Три Майл Айланд,САЩ,която става на 28 март 1979г. Независимо от значителната повреда в активната зона на реактора той не пострадва, целостта на защитната обвивка на реактора не е нарушена и радиоактивното изхвърляне в атмосферата и вътре в станцията при аварията се оказва много малко. Температурата при аварията в различните части на горната половина на активната зона достига 2800 С. Пренасянето и отлагането на продуктите на деленето в защитната ообвивка ТМ -2 се ограничават с инертни газове и само неголеми количества продукти на делението попадат в атмосферната обвивка, макар че първоначално са изхвърлени повече от 20% йод и повече от 50% цезий. Голяма част от тези радиоизотопи е открита в ниските слоеве.
Извлечени са ценни уроци по отношение на конструкцията и техническата безопасност на реакторите.
Абсолютна трагедия бе аварията в Чернобил, Русия. На 26 април 1986 г. авария претърпява 4-ти блок на Чернобилската АЕЦ, което довежда до тежки последици за страната :загиват 31 души, здравето на много хора е разрушено и е замърсена територия около 1000 кв.км. в съседство с централата. Големи площи селскостопански земи са изоставени, спряна е работата на предприятия и строежи, от 30-километровата зона са изселени няколко десетки хиляди души.
Аварията в Чернобилската атомна електроцентрала стана причина за изменение на радиоактивността на въздуха, водите, почвите, растителната и животинската продукция и др. в значителна част от територрията на Русия и редица други страни на запад и югозапад от него.
Радиоактивното замърсяване от Чернобилската авария е регистрирано и в редица други страни от Централна и Северозападна Европа.
В България е почувствано за първи път в пунктовете от мрежата на Главно управление по хидрология и метрология, в които на 1 май 1986 година след обед е регистрирано радиоактивно замърсяване на въздуха. В следващите дни редица специализирани организации и лаборатории, разполагащи с апаратура и специалисти по дозимерия и радиационна защита, обхванаха в постоянно наблюдение и контрол различните компоненти на природната среда / въздух, вода, почви, растителност, хранителни продукти и др./ и отделни групи от населението.
Натрупаното голямо количество данни показва, че с въздушните маси на север и североизток са донесени на територията на България различни радиоактивни продукти, образувани от аварията в Чернобил, и главно чрез валежите са отложени в различните райони на страната.Отлагането е в зависимост от движението на въздушната маса, релефните условия, надморската височина и др.
При изследване на замърсяването значителен интерес са предизвикали т.нар. “ горещи частици“ , образувани от експлозията и атомното гориво, удтановени върху открити повърхности, стъкла, листа на растенията, в праха и др. Те се отличават със слаба разтворимост и много висока радиоактивност и съдържание на няколко радиоактивни изотопа. Такива частици са изследвани у нас. Подробно е изследвана радиационната обстановка и динамиката и за периода май-септември 1986 г. по различни обекти: почви, растения, растителни продукти, мляко и млечни продукти, месо и др. Установено е по-силно радиоактивно замърсяване на почвите от Южна България в сравнение със Северна България.
Най-голямо замърсяване при изследваната растителност е установено при листните зеленчуци – салати, марули, зелен лук, магданоз и др.
Висока рязка активност е установена и при люцерната и при други треви, което е наложило забраната на изхранването на домашните животни със зелени фуражи от първия откос. В сламата на житните култури е измерена неколкократно по-висока активност, отколкото в класовете. В измерената активност е било значително участието на радиоцезия.
Радиоактивното замърсяване на растенията и растителните продукти е свързано предимно с въздушен път на постъпване на радионуклидите и закрепването им по растителните органи и по-нататъшно преминаване във веригата – храна на животните и човека.
Млякото е най-силно засегнатият от радиоактивното замърсяване хранителен продукт от животински произход. Най-високи средни значения на замърсяване са наблюдавани на 8-9 май 1986 година.
Високата радиоактивност на млякото е свързана със съдържанието главно на радиоактивен йод и цезий. По-силно е замърсено овчето мляко, което е наложило да се препоръча неговата употреба в преработен вид, намаляващ радиоактивността му.
От различните видове меса с по-висока или близка до временно установената норма на активност е установена за овчето месо през периода 5-30 юни 1986г. Това е наложило такова месо да се насочи за производство на месни изделия, чиито технологични условия позволяват да се намали цезиевата радиоактивност. Степента на замърсяване на месо от птици е била два пъти по-ниска от тази на свинското месо.
В останалите хранителни продукти от растителен и животински произход – домати, пипер, краставици, картофи, моркови, зеле, фасул, ябълки, круши, дини, гъби, консерви, колбаси, детски храни и други , е установена значително по-ниска активност или пълно отсъствие на радиоактивното замърсяване. Това е дало основание на Комитета по мирно използване на атомната енергия у нас да твърди, че значителната част от хранителните продукти, включени в рациона на населението, не се явява радиационно опасна и да предположи , че рисковият фактор, предизвикан от допълнителното увеличаване на дозата чрез радиоактивно замърсените хранителни продукти, не е от застрашаващ порядък.
Kaкто е известно, атомната енергетика се налага освен поради голямата си икономическа ефективност и поради обстоятелството, че другите енергоресурси (топлинни, водни и др.) на планетата са твърде ограничени, докато резервите от ураново гориво ще бъдат на разположение още дълго време. Най-развитите в техническо и икономическо отношение страни- САЩ ,Франция, Англия, Германия и др. имат висок процент на използвана енергия от атомни източници. В някои страни атомната енргия е главен източник на електрическа енергия. Пътят на развитие на атомната енергетика не е бил само успешен, а е свързан с трудности , особено след станалите аварии в АЕЦ. Сега Швеция е единствената страна, която обяви политика на отказване от атомната енергия. В Австрия по законодателен път е забранено пускането на единствения й атомен реактор. Останалите страни ясно са заявили намеренията си да продългават изпълнението на ядрените си програми, включително и извършване на нови ядрени проекти.
Изгарянето на въглища е също източник на замърсяване с някои естествени радиоактивни елементи, на което се подлага околната среда. Както е известно въглищата съдържат въглерод-14, а също и различни количества уран, торий, дъщерните им продукти (радий-226,торий-230) и калий-40. Така например в западните щати на САЩ въглищата съдържат приблизително 10мг/кг, или по-малко радиоактивни елементи. При изгарянето на въглищата цялото количество въглерод-14 излита във въздуха, а от останалите радиоактивни елементи една част излита във въздуха, а друга остава в пепелта. Така около местата, където изгарят големи количества въглища, се увеличава съдържанието на радиоелементите.
Самолетните екипажи и пътниците при летене на голяма восочина могат да получат увеличено космическо облъчване. То обаче зависи от продължителността на полета, от слънчевата активност, от географската ширина и др.
Много апарати, машини, прибори и предмети за употреба могат да съдържат радиоактивни материали и излъчвания при тяхната употреба: елктронни и светещи прибори, научноизследователски апарати, часовници, играчки и други често съдържащи радий-226, стронций-90, тритий и др., които допринасят за увеличаване на консумираната радиоактивна доза на хората.
Уранът се използва в зъботехниката за глазура на керамиката. Уранът и торият придават твърдост на материала. По-широка употреба на такива материали се наблюдава главно след Втората световна воина, но сега са изоставени.
Медицинските процедури, особено в добре развитите страни, подлагат населението значително повече на радиоактивно облъчване. Научните лаборатории и някои производства получават радиоактивни отпадъци, които могат да бъдат източник на замърсяване, ако не се спазват строго указанията за чистота и безопасност за работа с такива вещества.
Още в началото на хх век под влияние на сведения за стимулиращо действие на радиоактивните лъчения върху развитието на растенията интересът към радиоактивността нараства и са пуснати на пазара различни препарати и торове, съдържащи радиоактивни елементи. Интересно е, че след Втората световна война отново възниква интересът към радиоактивните вещества като торове и в някои страни- САЩ, Канада, Дания,са заложени голям брой съдови и полски опити за изпитване ефекта на тези вещества върху полски, зеленчукови и други култури. Получени са отново противоречиви резултати и интересът намалява. За да отпадне интересът към радиоактивните торове са помогнали най-много тези учени и специалисти, които убедително изтъкват, че за увеличаване на добива от културите има достатъчно други вещества, торове и мероприятия, вместо да се използват такива, които повишават радиоактивния фон и крият опасности.
Напоследък все по-често се изказва мнение, че с минералните торове се внасят известни количества радиоактивни вещества, които могат да създадат тревожна обстановка за здравето на човека. Действително с калиевите торове винаги се внася калий-40 (0,012% от постоянния изотопен състав на природния калий, в каквито и минерали, соли, вещества да се намира), но не представлява опасност за живите организми.
С фосфоритните торове се внасят също известни количества уран и радий, но тези количества, както показват и наши разработки, имат предимно теоретичен характер като опасни компонети. Установено е, че във фосфорити от различни източници се съдържат ражлични количества уран и радий. Проверката за акумулация на уран и радий в оранжерийни почви, торени с високи норми минерални торове, показва, че в тези почви в сравнение със съседните нормално торени полета е увеличено съдържанието на уран със 75%, а на радият с 10-70%, за 5-10 годишен период на интензивно използване на оранжерии. Съдържанието на уран и радий в суперфосфата и фосфорита е съответно 10 и 50 пъти по-високо от съдържанието в почвите. Направените изчисления показват, че при внасяне на оптимални дози фосфорни торове не съществува практическа опасност за достигане на пределно допустими концентрации на уран и радий в близко бъдеще, но все пак е указание за повишаване на вниманието и придържането към оптимални норми за торене с фосфорни торове. По този въпрос са проведени изследвания, според които не се установява увеличаване на концентрацията на уран, радий и торий в оранжерийните почви на страната. Независимо от това се счита, че е необходимо периодично да се следи радиационния статус на интензивно торените с фосфор почви.
Сред специалистите напоследък възниква въпросът, дали представлява опасност и употребата на фосфогипс при строителството или при химичната мелиорация на засолените почви със съдържащите се в него радиоактивни елементи. Фосфогипсът не се различава съществено по съдържание на радиоактивни елементи от почвите, в които се внася. Възможно е да се намерят партиди фосфогипс с по-висока радиоактивност, но тя ще бъде винаги по-ниска от радиоактивността на суперфосфата. Явно е, че при технологичните операции за получаване на фосфорните торове, при които фосфогипсът се явява отпадък, не се включват в него съдържащите се във фосфорита радиоактивни елементи. Така че, макар да се използват по 20-30 тона на хектар фосфогипс при мелиорацията на почвите, той не е в състояние да ги обогати чувствително с радиоактивни елементи .Независимо от това мелиораторите следва да се въздържат от много високи дози фосфогипс, внасяни макар и едникратно в почвата, тъй като могат да се влошат някои нейни свойства.
Радиоактивните продукти и отпадъците от използването на ядрената енергия, чрез които моге да се замърсява природната среда, постъпват в биологичната верига главно по път, минаващ през селското стопанство. Пренасянето на радиоактивните вещества от мястото на експлозията и отлагането им върху земната повърхност и водните басеини се извършва чрез фин прах, газове, аерозоли, дъжд, сняг, водни разтвори и др. Основната акумолация в тези случаи се извършва в повърхностния хумусен слой на почвата, корените и надземните органи на растенията се извършва по два начина: 1.непосредствено замърсяване на надземните части, което става предимно през вегетационния период. 2.усвояване чрез кореновата система на отлогените в почвата радиоелементи (в случаите, когато радиоактивното замърсяване се дължи на отпадъци от атомната промишленост, с които са замърсени почвите, подпочвените и повърхностни води, постъпването на радиоактивните вещества в растенията става главно чрез корените).
Усвоимостта на различните радиоактивни вещества чрез листата, стъблата, плодовете на растенията не е еднаква. За тяхната усвоимост голяма роля играе кутикулата (повърхностната ципа) на листата, плодовете и др. на различните растения. Проведени са много опити с различни растения за проследяване на скоростта на абсорбирането на радиоактивните вещества и транслокацията им в различните растителни органи.
Твърде съществено се откроява усвояването на радионуклидите от кореновата система от почвата. Почвата е основен акумолатор на радиоактивни продукти на фолаута, отложени чрез атмосферата и по други пътища. Докато въздушното радиоактивно замърсяване на растенията има преобладаващ характер през първите дни и седмици след атомния взрив, особено когато растенията са в активна вегетация, то по-късно и особено след като атмосферата се очисти от радионуклидите, почвата става главният източник на замърсяване на растителността и от там на животните и човека. Това явление се наблюдава след периода на интензивното изпитване на атомните оръжия във въздуха в началото на 60-те години и след тяхното прекратяване съгласно Московския договор от 1963. Замърсената почва продължава години да подхранва с радионуклиди растенията в такива райони.
Непосредствено след големи аварии на реактори, атомни експлозии и други се замърсяват пасиюата и растителността с радиоактивен йод- 131. Замърсеното с този изотоп мляко не се дава за консумация. Дойните крави се отстраняват от пасището и се изхранват само с фураж от склада- зеленият фураж не се използва.
Водата и течните храни се прекарват през йоннообменни смоли за отстраняване на радиойода. За предпочитане е да се използват концентрирани фуражи.
Опасни изотопи за хората са йод-131, стронций-89, цезий-134 и цезий-137. След 6-седмичен период опасността от йод-131 намалява, но през това време, освен млякото, не се използват и листните зеленчуци. Външните листа на салатите и зелето трябва да се отстраняват. Зеленчуците и плодовете преди употреба обилно се измиват. Плодове и зеленчуци с грапава повърхност и космати ципи се замърсяват по-силно, миенето при тях не е достатъчно и трябва да се избягва употребата им.
Замърсяването на почвата има голямо значение за по-нататъшното й използване. В случаите на силно замърсяване се отстранява отглежданата културна растителност заедно с почвата. Това е твърде скъпо мероприятие. Ако замърсената почва може да се използва за отглеждане на фуражи и храни, необходимо е да се вземат редица мерки, но те са приложими и в случаите на сравнително слабо замърсяване. Това са главно споменатите агротехнически и агрохимични мероприятия ( варуване, органично торене, фосфорни и калиеви торове, дълбоко заораване и други. ). При прилагане на химична дезактивация, използване на хелати и други радионуклидите се придвижват по дълбочината на профила и под корените, но е твърде важно да не са високи подпочвените води, защото ще се замърсят.
В някои случаи може да бъде приложена и биологична дезактивация на радиоактивно замърсените територии, т. е. извличане на радионуклидите с растения, които могат да ги акумулират.
Обект на административноправния режим за опазване на околната среда е почвата (земята) в населените и излетните места и около тях, почвата в районите на водохващанията за питейно водоснабдяване и почвата, използвана за земеделски нужди. Основното предназначение на регламентацията е да се обезпечи ефикасна санитарна защита срещу замърсяване на тази важна съставка на околната среда, която е необходима основа за живота на хората и развитието на животинския и растителния свят.
Известно е, че почвата като хранителен пласт на земната повърхност не надхвърля дебелина 50 до 100 сантиметра и че тъкмо в тези си граници служи за поддържане на живота на растителността. Земята под тозо пласт от гледна точка на хранителни свойства не е вече „почва“, а „земни недра“, които не са съставка на биосферата, а част от общата околна среда.
Централно място в административноправния защитен режим на почвата заемат правилата около установяването и изпълнението на задължения, засягащи всички лица, организации, учреждения и предприятия и свързани с недопускането на каквото и да било замърсяване на използваните от тях земи. Такива са например правилата, които се отнасят до задължението за изграждане и поддържане на необходимите пречиствателни инсталации и съоръжения и за провеждане на санитарни, технически и агротехнически мероприятия за предпазване на почвите от замърсяване; задължението за определяне и поддържане на подходящи места за изхвърляне на отпадъци (сгур, шлак, рудни остатъци и др.); задължението за обезвреждане и оползотворяване на труповете на животни и птици и отпадъците от животински произход в екарисажните заведения, за събиране на смет или доставяне на отоплителни материали със специални коли и съдове; задължението за обеззаразяване на замърсени почви с тор, урина и други отпадъци от заразени животни по указание на санитарните и санитарно-ветеринарните органи; задължението да се поддържат нормални хигиенни условия при използването на отходните места; задължението за неупотреба на хербициди и други отровни препарати за борба с вредителите по растенията в концентрации, по-високи от допустимите; задължението да не се залагат отрови в почвата за изтребване на вреден дивеч и други подобни.
Стопанската дейност на човека винаги е свързана с принудително прекъсване на нормалното протичане на естествените процеси, а така също и с промяна на взаимодействието вътре в тях. Всичко това води до изтощаване на природните ресурси. Изследванията на много автори показват, че за всеки етап и период на икономическото развитие изтощаемостта следва да се разглежда като лимитиращ фактор за дългосрочния икономически растеж.
Замърсяването на почвата е проблем, който определя самото съществуване на човечеството, затова следва да й се отдели особено внимание. Почвата със своите физико-химични свойства, механичен и минералогичен състав тя може да абсорбира, задържа, утаява и обезврежда при определени условия радионуклидите, но тя в същото време и ги отдава на растенията с различна интензивност, може да ги пропуска при промиване, да постъпват в подпочвените води и да замърсяват питейните води, водоемите и др. Така почвата може да служи за бариера за радиоактивните замърсители към растенията, но в същото време да бъде и резервоар, който дълги години ще подхранва растителността с радиоелементи. Това налага да се познават добре ососбеностите на почвите в тази насока и да не се допуска натрупването на по-големи количества радиоактивни вещества в тях.