Динамика популяций

Под динамикой популяций понимают сезонные и многогодовые колебания их численности, а также уменьшение или увеличения территории, которую занимает популяция. Возможны следующие типы динамики численности популяции (см. рис. 5.4).

Рис. 5.4 Типы динамики численности (С.А. Северцов, 1941 г.)

I – стабильный (низкая норма смертности); II – лабильный; III – эфемерный.

I – крупные животные с большой продолжительностью жизни, позднем поступлением половозрелости и низкой плодовитостью (копытные, китообразные, рептилии) (период 10... 20 лет).

II – грызуны, некоторые хищники, птицы, рыбы, насекомые (период 5... 11 лет).

III– короткоживущие животные (период 4... 5 лет).

Система “хищник-жертва”

Система “хищник-жертва” – обе взаимодействующие популяции оказывают влияние на численность и плотности населения друг друга. Идеальным результатом такого взаимодействия оказывается формирование повторяющихся подъемов и складов численности обоих видов, причем в этой системе колебаний изменение численности хищника отстают по фазе от динамики популяции жертвы (см. рис. 5.5).

Рис. 5.5 Система “хищник-жертва”.

Тема № 6 Экологические факторы

§ 6.1 Классификация экологических факторов

Экологический фактор – это любое условие среды, способное оказывать прямое или косвенное влияние на живые организмы. Существует несколько классификаций экологических факторов, на рис. 6.1 приведен один из них.

Рис. 6.1 Классификация экологических факторов

§ 6.2 Абиотические факторы

1. Космические факторы оказывают существенное влияние на биосферу Земли. На Землю попадает космическая пыль, метеоритное вещество, астероиды. А также электромагнитное излучение с широким диапазоном волн, связанное с солнечной активностью.

2. Наземные факторы

а) Климатические факторы

· Лучистая энергия Солнца: около 99% лучистой энергии составляют лучи с длинной волны λ = 170 … 4000 нм, в том числе 48 % – видимая часть спектра (400 … 760 нм), а 45% ИФ (от 750 нм до 0,001 м), около 7% приходится на УФ (менее 400 нм).

Преимущественное значение для жизни имеют ИФ лучи, а в процессах фотосинтеза важную роль играют оранжево-красные и УФ лучи.

· Альбедо Земли: солнечная энергия не только поглощается поверхностью Земли, но и частично от нее отражается. От этого зависит общий режим температуры, влажности. Так, чистый снег отражает примерно 80..95% энергии солнечной радиации, загрязненный снег 40..50%, черноземная почва до 5%, сухая почва 35..45%, хвойные леса 10..15%.

· Освещенность земной поверхности, связанная с лучистой энергией играет большую роль для всего живого, и организмы физиологически адаптированы к смене дня и ночи, к соотношению темного и светлого периодов суток.

· Влажность атмосферного воздуха зависит от насыщения его водяными парами. Наиболее богаты влагой нижние слои атмосферы (1,5..2 км), где концентрируется примерно 50% всей влаги. Чем выше температура, тем больше влаги содержит воздух.

Разность между максимальным и данным насыщением называется дефицит влажности. Он характеризует сразу две величины: температуру и влажность. Чем выше дефицит влажности, тем суше и теплее и наоборот.

· Осадки – важнейший фактор, определяющий процессы загрязнения природной среды, они определяют миграцию загрязненных веществ в биосфере.

· Ветер – возникает при неравномерном нагреве разных участков земной поверхности, связан с перепадом давления. Ветровые потоки – важнейший фактор переноса, рассеивания и выпадения загрязняющих веществ, поступающий в атмосферу от промышленных предприятий, энергетики, транспорта. Сила и направление ветра определяют режим загрязненности окружающей среды.

· Давление атмосферы (нормальное 101,3 кПа, 760 мм рт. ст.). Периодически возникающие области низкого давления характеризуются мощными потоками воздуха, движущегося по спирали и перемещающиеся в пространстве к центру, которые носят название циклонов. Циклоны связаны с неустойчивой погодой и большим количеством осадков. Противоположность им антициклоны характеризуются устойчивой погодой, низкими скоростями ветра, в ряде случаев температурными инверсиями. При антициклонах могут возникнуть неблагоприятные условия, с точки зрения переноса и рассеивания примесей.

б) Почвенные (эдафогенные) факторы

Верхний слой почвы (10 … 15 см), содержащий продукты перегнивания органики является наиболее плодородным и называется гумусом. Избыток или недостаток гумуса определяет плодородие почвы. Именно в гумусе происходят сложные физико-химические процессы, в результате которых образуется элементы питания растений. Важнейшими химическими свойствами почвы являются концентрация солей в почвенном растворе, кислотность, оказывающая решающее влияние на активность микроорганизмов и усвоение растениями азота.

Таким образом, почва теряет те минеральные элементы, которые растения взяли из нее, а это ведет к дополнительному влиянию минеральных удобрений и т.д.

в)орографические (рельефные) – рельеф местности является одним из важнейших факторов, от которого зависит перенос, рассеивание и накопление вредных примесей в атмосферном воздухе. Расположенные в низинах населенные пункты в зонах рассеивания промышленных выбросов подвергаются сильному застойному загрязнению, а растительность угнетена вплоть гибели.

3. Водные факторы

а) подвижность воды, то есть постоянное перемещение водных масс в пространстве способствует поддержанию относительной гомогенности химических и физических характеристик.

б) температурная стратификация, то есть изменение температуры воды по глубине водного объема.

в) режим, связанный с периодическими (годовыми, суточными, сезонными) изменениями температуры. Самыми низкими температурами воды считаются – 2 ˚С, а самыми высокими – 35-37 ˚С.

г) прозрачность воды, определяющая световой режим под ее поверхностью. От прозрачности зависит фотосинтез зеленых и пурпурных бактерий, фитопланктона, высших водных растений, следовательно, и продуктивность.

д) соленость (растворенные сульфаты, карбонаты, хлориды). Воды открытого океана – 35 г/л солей, Черного –19 г/л, Каспийского – 13 г/л, Азовского – 10 г/л, Балтийского-5 г/л, Мертвого – 260 г/л.

е) растворенные газы: кислород и углекислый газы, от которых зависит фотосинтез и дыхание обитающих в воде организмов. Перерасход кислорода на дыхание водных обитателей и окисление поступающих в воду загрязняющих веществ приводит к преобладанию анаэробных процессов, «загниванию» воды, избытку мертвой органики, т.е. к процессам эвтрофирования.

ж) кислотность среды: каждый вид приспособляется к определенному значению pH. Промышленные стоки изменяют этот показатель, что приводит к смене одних водных групп обитателей другими.

§ 6.3 Биотические факторы

Биотические факторы – это совокупность влияний жизнедеятельности одних организмов на другие.

Взаимоотношения между организмами чрезвычайно сложны и многообразны, и в целом их можно условно разделить на прямые и косвенные. Прямые связаны с непосредственным воздействием одних организмов на другие по линии питания: животные получают энергию для своей жизнедеятельности, поедая растения или других животных. Косвенные проявляются, например, в том, что растения своим присутствием изменяют режим абиотических факторов среды для животных или других растений.

Взаимодействие между живыми организмами классифицируют с точки зрения их взаимных реакций (см. табл. 6.1).

Различают гомотопические (от греч. гомос – одинаковый) реакции, т.е. взаимодействия между особями и группами особей одного и того же вида, и гетеротипические (от греч. гетерос – иной, разный) – взаимодействие между представителями разных видов.

Табл. 6.1

Типы взаимодействия разных видов

Тема 7 Антропогенный фактор в природе. Основные проблемы экологии

§ 7.1 Антропогенный фактор в природе

1. Антропогенный фактор – природно-преобразующая деятельность людей, которая является новой движущей силой развития природы.

Первоначально, антропогенный фактор проявляется в малых масштабах, но постепенно с накоплением у людей знаний, с использованием огня, совершенствованием орудий труда и ростом численности населения влияние человека на природу неуклонно возрастало и становилось все более ощутимо. Главными негативными последствиями влияния антропогенного фактора на природу является:

· загрязнение воздуха, воды и поверхности земли;

· истощение минеральных ресурсов;

· радиоактивное загрязнение среды.

2. Классификация загрязнения окружающей среды

Загрязнение – это привнесение в какую-либо среду новых, нехарактерных для нее физических, химических, биологических агентов или превышение естественного среднемноголетнего уровня этих агентов в среде.

Источники загрязнения биосферы:

I. По происхождению:

1. Природные: вызванные естественными процессами (извержение вулканов, селевые потоки, почвенная пыль)

2. Промышленные (антропогенные):

· промышленные предприятия и теплоэнергетический комплекс;

· бытовые отходы;

· отходы с/х, транспорта и связи.

II. По типу:

1. материальные (химически инертные отходы производства);

2. химические (активные химические соединения);

3. биологические (микроорганизмы).

Химические загрязнения наиболее опасные виды загрязнений, т.к. они вызывают различного рода изменения в биосфере, а следовательно могут воздействовать и на организм человека.

III. Материальные загрязнители подразделяются на:

1. Выбросы в атмосферу:

· газообразные и парообразные;

· жидкие;

· твердые.

2. Сточные воды:

· оборотные (условно чистые);

· загрязненные.

3. Твердые отходы:

· нетоксичные;

· токсичные.

IV. Энергетические подразделяются:

1. тепловые;

2. световые (нарушение естественной освещенности местности в результате воздействия искусственных источников света, приводящих к аномалиям в жизни растений и животных);

3. шумовые;

4. электромагнитные (линии электропередач, радио, телевидение, работа промышленных установок);

5. радиоактивное.

V. По местоположению загрязнителя:

1. локальные;

2. планетарное (глобальное);

3. местные;

4. национальные.

VI. По характеру воздействия на живые организмы загрязнения делятся на:

1. Общесамотические – вызывающие отравление всего организма (оксид углерода, ртуть, цианистые соединения, свинец, бензол, мышьяк и др.);

2. Раздражающие – вызывающие раздражение дыхательного тракта и слизистых оболочек (хлор, аммиак, диоксид серы, оксид золота, озон, ацетон.);

3. Аллергены (растворители и лаки на основе нитросоединений, формальдегиды);

4. Канцерогенные – вызывающие злокачественные опухоли (бензопирен, полициклические ароматические углеводороды, никель, амины, диоксины, оксиды хрома, асбест, радон);

5. Мутагенные – изменения наследственной информации (свинец, марганец, радий, уран).

3.Взаимодействие промышленного предприятия с окружающей средой.

Массообмен современного промышленного города (м/сутки)

§7.2 Проблема утилизации отходов

Неуправляемое увеличение численности населения, активное развитие производства и объемов потребления, а также отсутствие эффективных технологий переработки отходов производства и бытовых отходов привели до того, что в конце 20 века на нашей планете накопилось такое количество отходов, которое повсеместно стало угрожать здоровью людей и окружающей среде.

За данными ООН ежегодно 5,2 млн. человек, в частности 4 млн. детей умирают от болезней причина которых неправильное удаление отходов из сточных вод, особенно в районах больших городов. Очень сильно увеличивается количество твердых бытовых отходов (ТБО). Например, в 1990 г. в бывшем СССР за год накапливалось около 60 млн. тонн разнообразного городского мусора. Чтобы вывести его из города на свалку расходовалось около 350 млн. руб. Количество отходов ежегодно увеличивается на 5-6%. В США на сбор и перевозку ТБО ежегодна затрачиваются млрд. долларов.

Раньше большинство отходов (кроме стекла и металлолома) сжигалось, но сейчас это запрещено из-за выделения в атмосферу большого количества опасных для здоровья людей веществ.

В большинстве развитых стран перерабатывается от 30 до 50 (Европа), до 60-65 (США, Япония) процентов ТБО, в развивающихся странах 7-10 %, а в России, Украине 3-5%.

До 2025 года количество отхода, по прогнозам специалистов, увеличится в 4-5 раз, а стоимость их переработки и хранение – 2-3раза. Поэтому утилизация отходов является актуальной глобальной экономической проблемой. Особенно актуальным является вопрос транспортировки, хранения и переработки и захоронения радиоактивных отходов. Радиоактивные отходы являются очень опасными особенно высокорадиоактивные (ежегодно их образуется около 10 тыс. м²). Стоимость удаления и захоронения радиоактивных отходов является самой высокой по сравнению со стоимостью других отходов.

Все острее становится проблема отходов в Украине. Свалки вокруг крупных городов ежегодно захватывают около 1500 га земли, которая становится опасным источником отравления окружающей среды. Из свалки в воздух и грунтовые воды поступает много токсичных веществ: тяжелые металлы, лаки, краски, пластмассы резина. На свалках (их называют еще могильниками) развиваются болезнетворные бактерии, образуются токсичные газы, возникают опасные для среды пожары. Решением проблемы должно быть:

- строительство современных отходоперерабатывающих заводов с эффективными технологиями утилизациями, сжигания.

- Изготовление полезных веществ.

- Рекультивации свалки и использование тысяч гектаров освобожденных от грязи площадей земли. Осуществить это можно только при условии взаимопомощи нации, сотрудничество, взаимного контроля и выполнением соответствующих международных договоров и конвенций.

§ 7.3 Глобальные проблемы экологии

1. Экологический кризис – напряженные отношения между человеком и определенной средой из-за неограниченных потребностей человека и ограниченных возможностей биосферы.

Становление и развитие человека сопровождалось локальными и региональными экологическими кризисами антропогенного происхождения.

2.Глобальная экологическая ситуация

На одного жителя планеты ежедневно добывается 20 тонн сырья; используется 7 млн. вещества из них 30 тыс. ядовитых и 3 тыс. канцерогенных. 40% ядовитых вредных веществ не разлагаются. В океан ежедневно попадают 10 млн. тонн нефти, причем одна тонна нефти загрязняет 12 км² поверхности воды.

Здоровье человека зависит на 20% от состояния окружающей среды, 20% от наследственности. Из 10 тыс. болезней – 2 тыс. по причине загрязнения окружающей среды (80% от загрязнения воды).

Главная опасность – в ослаблении самоочищении биосферы. Обеззараживание воды хлором очень опасно, так как соединение хлора с окружающей средой дают токсичные вещества. Сокращение экологического разнообразия приводит к снижению стойкости к болезням организма в целом.

3.Основные экологические проблемы человечества

1. «Парниковый» эффект. Увеличение углекислого газа (СО₂) приводит к тому что нарушается тепловой баланс планеты, земля больше нагревается солнцем, углекислый газ пропускает солнечные лучи, но задерживает тепло земли. При увеличении температуры на 2..2,5⁰С отсюда повышает мирового океана на 2-3метра, глобально потепление.

2. Уменьшение концентрации озона в стратосфере: (озоновые дыры). Озон поглощает УФ излучение. Уменьшается озон из-за хлора, фреона, окисла N₂.

3. Появление кислотных дождей

Н₂0 + SO₂ --> H₂SO₃ à H₂SO₄

H₂SO_3-сернистая кислота

H₂SO₄- серная кислота

4.Сокращение площадей сельхозугодий от 4*10⁹ га до 2*10⁹ га.

5.Создание мегаполисов

6. Радиоактивное загрязнение биосферы

7. Нерациональное использование ресурсов

8. Демографический «взрыв» (оптимальное число 10-12 млрд.)

9. Энергетический кризис.

4.Причины экологического кризиса

1. Перенаселенность планеты (5-10 раз)

2. Недостаточный уровень информированности

3. Остаточный принцип выделяемых средств на охрану окружающей среды

4. Отсутствие должной экономической подготовки.

5. Отсутствие научно обоснованных нормативов природопользования

6. Низкая эффективность промышленности (5%)

7. Загрязнение биосферы

8. Аварии и катастрофы

9. Значительные отходы промышленной и бытовой деятельности.

5.Традиционные мероприятия по охране окружающей среды

1. Проектирование безопасных технологий

2. Применение малоопасного сырья и топлива

3. комплексное использование минерального сырья

4. Утилизация отходов и вторичных ресурсов

5. Рекультивация (восстановление) нарушенных земель

6. Применение малоотходных и безотходных технологий

6.Перспективные направления и мероприятия по преодолению кризиса

1. Освоение и получение новых источников энергии;

2. Опреснение морской воды для получения питьевой воды;

3. Выращивание морских водорослей, культивирование сои и других высокоэффективных биологических технологий;

4. Применение помехозащитных материалов;

5. Исключение токсичных технологий вообще;

6. Ослабление физических молей в окружающей среде;

7. Долгосрочный прогноз состояния окружающей среды;

8. Перестройка мышления человечества (воспитание, религия, философия);

9. Экологизация военной промышленности.

§7.4 Экологическая ситуация в Украине

1.

- 25% всех промышленных загрязнений формируется тяжелой промышленностью

- исчерпаны многие природные ресурсы (нефть, газ, марганец, уголь, ртуть)

- значительная распашка территорий, малая лесистость.

- Гидростанции на Днепре затопили 580 тыс. га и подтопили 500 тыс. га.

- Потребление воды и энергии на Украине в 15 раз больше чем в Западной Европе.

- Значительная химизация с/х удобрениями: 125 наименований пестицидов, из них 70 канцерогенных, а 40 практически не разлагается.

- Радиоактивное загрязнение территории (22% на территории Украины)

- Истощение черноземов 10..3,2%

- Ухудшение экологии Азовского моря

2.Основные экологические проблемы

- ухудшение здоровья населения

- уменьшение жизненного пространства

- нехватка продовольствия и лекарств

- ухудшение генофонда нации

- нарушение устойчивости биосферы и ухудшение процесса самоочищения.

Тема № 8. Радиационный фактор в природе

§ 8.1 Основные понятия и термины

Как известно, атом состоит из положительного заряженного ядра и отрицательно заряженных электронов. Ядро включает в себя положительно заряженные протоны и электрически нейтральные нейтроны.

Протоны и нейтроны в ядре называются нуклонами. Масса атома определяется в основном массой нуклонов в ядре. Массовое число А равно числу нуклонов в ядре. Атомный номер Z равен числу протонов в ядре. Атомы одного и того же химического элемента имеют одинаковый атомный номер.

Изотопы – атомы одного и того же элемента, которые имеют разные массовые числа.

Нуклиды – разновидности атомов с данным массовым числом и атомным номером.

Радионуклид – нуклид, обладающий радиоактивностью.

Радиоизотоп – изотоп, обладающий радиоактивностью.

Например, изотопы углерода С-12, С-14, но смесь радионуклидов: радионуклиды К2-85, I-131, U-235.

Активность радионуклида в источнике (А) – мера радиоактивности, она равна отношению числа самопроизвольных ядерных превращений (n) в этом источнике за малый интервал времени к этому интервалу. Единица активности беккерель (Бк). 1 Бк равен одному ядерному превращению (распаду) за 1сек: 1Бк=1расп/с. Внесистемная единица – Кюри, Ки; 1Ки=3,7 10¹⁰ Бк. На практике используют удельную активность (Бк/кг, Ки/кг) и объемную активность (Бк/л, Ки/л).

Период полураспада радионуклида Т_1/2 – время, в течение которого число ядер данного радионуклида в результате самопроизвольных ядерных превращений уменьшается в два раза.

Явление радиоактивности состоит в самопроизвольном превращении (распаде) атомных ядер, что приводит к изменению их атомного номера или массового числа. Изменение атомного номера (Z) – превращение одного химического элемента в другой; при изменении только массового числа (А) происходит превращение изотопов данного элемента. Иногда к явлению радиоактивности относят изменение энергетического состояния ядер, которое сопровождается испусканием гамма квантов (при этом их состав остается неизменным).

§ 8.2 Виды излучения

В результате радиоактивных превращений могут возникать заряженные и незаряженные частицы, например альфа частицы, бета частицы, фотоны, нейтроны. Фотоны ядерного происхождения называются также γ-квантами.

Ионизирующее излучение – это излучение, взаимодействия которого со средой приводит к образованию ионов разного знака (видимый свет и УФ излучения не относятся к ИИ).

Различают непосредственное ИИ и косвенное ИИ.

Непосредственное ИИ состоит из заряженных частиц, кинетическая которых достаточна для ионизации при сталкивании с атомами вещества (альфа и бета излучение, протонное излучение ускорителей и т.п.).

Косвенное ИИ состоит из незаряженных (нейтральных) частиц, взаимодействие которых со средой приводит к возникновению заряженных частиц, способных непосредственно вызывать ионизацию (нейтронное излучение (поток нейтронов), рентгеновское или гамма излучение, т.е. электромагнитное).

Смешанные излучения – это излучения состоящие из частиц разного вида. В зависимости от характера распространения во времени различают непрерывное и импульсное излучения.

Для измерения энергии ИИ используют внесистемную единицу – электрон/вольт (эВ). 1эВ = 1,6 10^-19 Дж (1эВ равен энергии, которую приобретает электрон при прохождении разности потенциалов в 1В).

Гамма-излучение – электромагнитное (фотонное) косвенное ИИ, испускаемое при ядерных превращениях (реакциях) или аннигиляции частиц. Обладает высокой проникающей способностью (пробег фотонов в воздухе может достичь сотен метров, в биологической ткани до 10-15 см) и поэтому представляет большую опасность, как источник внешнего излучения.

Рентгеновское излучение – совокупность тормозного и характеристического излучения, генерируемых рентгеновским аппаратом.

1.Тормозное излучение – фотонное излучение с непрерывным энергетическим спектром, испускаемое при изменении скорости заряженных частиц. Возникает в рентгеновской трубке, ускорителях заряженных частиц, в среде окружающей источник бетта-излучения.

2. Характеристическое излучение – фотонное моноэнергетическое излучение; энергия фотонов зависит от материала, из которого изготовлен анод рентгеновской трубки.

Бета-излучение – непосредственное ИИ с непрерывным энергетическим спектром, состоящее из электронов (позитронов) получаемых при ядерных превращениях. β-частицы обладают небольшим пробегом (20 м в воздухе и несколько сантиметров в биологической ткани). Тем не менее, они опасны при воздействии на кожу, слизистую оболочку и хрусталик глаза, при попадании в легкие и желудочно-кишечный тракт.

Альфа-излучение – непосредственное ИИ, состоящих из α-частиц (т.е. ядер гелия), испускаемых при ядерных превращениях. Альфа-частицы имеют малый пробег (до 10 см и не более 0,1 мм в биологической ткани; обычный лист бумаги задерживает α-частицы), однако они весьма опасны при загрязнении кожи и слизистой оболочки глаз, при попадании в легкие и желудочно-кишечный тракт, т.к. на своем пути эти частицы создают высокую плотность ионизации.

Нейтронное излучение – косвенное ИИ состоящее из нейтронов – незаряженных частиц, возникающих в ядерных реакциях. По энергии различают 4 основные группы нейтронов:

тепловые (с наиболее вероятной энергией 0,025 ЭВ), промежуточные (с энергией от 1эВ до 200 кэВ), быстрые (с энергией от 200 кэВ до 20 МэВ) и сверхбыстрые (с энергией более 20 МэВ). Проникающая способность нейтронов высока: пробег тепловых нейтронов достигает 20 м в воздухе и 3 см в биологической ткани, быстрых нейтронов сотни метров в воздухе и 10 см в биологической ткани, а сверхбыстрые нейтроны могут «пробегать» в воздухе несколько км. Под действием нейтронов протекают различные ядерные реакции веществе и происходит его ионизация.

§ 8.3 Дозы радиоактивности

Поглощенная доза (D) – характеризуется энергией, поглощенной единицей массы облучаемого вещества. Единица измерения в СИ – грэй, Гр (1 Гр =1 Дж/кг). Грэй является мерой количества энергии ИИ любого вида, поглощенной веществом любого типа. Внесистемная единица –рад (1 Гр = 100 рад).

Эквивалентная доза (Н) – величина введенная для оценки возможного ущерба здоровья человеку от хронического воздействия ИИ произвольного состава. Определяется по формуле (8.1):

, (8.1)

Где Q – коэффициент качества излучения (рентгеновское излучение, гамма-излучение, электроны и позитроны Q = 1, протоны и нейтроны с энергией меньше 10 МэВ Q = 10, альфа-излучение – с энергией менее 10 МэВ и тяжелые ядра от 20).

Единицей измерения является – зиверт, Зв (1 Зв = 1 Дж/кг). Зиверт равен дозе излучения любого вида, производящего такое же биологическое действие, как и доза образованная рентгеновским излучением в 1 Гр.

Внесистемная единица – бэр (биологический эквивалент рада), 1 Зв = 100 бэр.

Экспозиционная доза (Х) или (D_x) – (используется только для фотонного излучения) – полный заряд ионов одного знака, образующийся в единицу массы воздуха. Единица измерения – Кл/кг. На практике используется внесистемная единица – рентген, Р (1 Кл/кг = 3876 Р, 1 Р = 2,58 10^-4 Кл/кг).

Один рентген соответствует образованию в одном см³ сухого атмосферного воздуха при нормальных условиях (т.е. при температуре 0 ⁰С и давлении 760 мм рт ст) 2,082 млрд. пар ионов обоих знаков.

Мощность дозы облучения: (Р) – отношение приращения дозы за некоторый интервал времени к этому интервалу времени. Единица мощности дозы: Гр/с, Зв/с, Р/с, а также кратные единицы.

§ 8.4 Влияние ИИ на элементы биосферы

1. С позиции современной науки механизм биологического действия ИИ условно можно разделить на:

· первичные физико-химические процессы, возникающие в молекулах живых клеток и окружающую их субстанцию;

· нарушение функций целого организма как следствие первичных процессов.

В результате облучения в живой ткани, как и в любой среде, поглощается энергия и возникает возбуждение и ионизация атомов облучаемого вещества. Поскольку у человека (и млекопитающих) основную часть массы тела составляет вода (около 75%), первичные процессы во многом определяются поглощением излучения водой клеток, ионизация молекул воды с образованием химически высокоактивных свободных радикалов Н⁺ и гидроксила ОН^– (окисление этими радикалами молекул белка). Косвенным действием излучения через продукты распада воды. Прямое действие ИИ может вызвать расщепление молекул белка, разрыв наименее прочных связей, отрыв радикалов и других реконструкционные изменения.

2. В биологических системах наблюдается множество разнообразных радиационных эффектов. Возможные последствия излучения для людей можно классифицировать следующим образом:

- соматические эффекты;

- соматико-стохастические эффекты;

- генетические эффекты.

Соматические последствия – повреждение организма человека в результате облучения (острая лучевая болезнь, хроническая лучевая болезнь, локальные лучевые повреждения).

Соматико-стохастические последствия – носят вероятностных характер и проявляются при массовом облучении людей (сокращение продолжительности жизни, раковые опухоли, лейкозы).

Генетические последствия – повреждения механизма наследственности, проявляющееся у потомков людей, получивших дозы облучения, значительно меньше, чем дозы, которые вызывают соматические повреждения.

Диапазон устойчивости живых организмов простирается от долей грэя до десятков кГр, так значение СД₅₀ для бактерий может достигать 10 кГр, растений 1 кГр, членистоногих 500 Гр, для млекопитающих от 0,5 до 4 Грэй.

Минимальная абсолютная смертельная доза (гибель в течении 10 суток) для человека 6 Гр (600 рад) при равномерном облучении тела (при этом различные органы и ткани человеческого организма обладают неодинаковой радиочувствительностью).

Критический орган – ткань, орган или часть тела, облучение которого в данных условиях в результате неравномерного облучения организма может причинить наибольший ущерб здоровью данного лица или его потомства.

В порядке убывания радиочувствительности критические органы относят к I, II и III группам:

I группа – все тело, гонады, и красный костный мозг;

II группа – мышцы, щитовидная железа, жировая ткань, селезенка, печень, почки, легкие, желудочно-кишечный тракт, хрусталики глаз и другие ткани и органы кроме тех, кто относятся к 1 и 3 группам;

III группа – кожный покров, костная ткань, кисти, предплечья, голень и стопы.

§ 8.4 Основы радиационного нормирования

1. Категории облучаемых лиц:

Категория А – персонал, который постоянно или временно работает непосредственно с источниками ИИ;

Категория Б – лица, которые не работают непосредственно с источниками излучения, но по условию проживания или размещения рабочих мест могут подвергаться радиационному воздействию;

Категория В – население области, края, республики, страны.

Основные дозовые пределы приведены в табл. 8.1

Таблица 8.1

Примечания:

1. Предельно допустимая доза (ПДД) – наибольшее значение индивидуальной эквивалентной дозы за год, которое при размеренном воздействии в течении 50 лет не вызовет в состоянии здоровья персонала (категория А) необратимых изменений, обнаруживаемых современными методами.

2. Предел дозы (ПД) – предельная эквивалентная доза за год для ограниченной части населения (В).

3. Для категории В приняты некоторые контрольные уровни; установлен контрольный уровень, ограничивающий дозы населения за счет АЭС – этот уровень не должен превышать 25 млбэр/год (250 мкЗв/г).

2. Санитарная защитная зона – территория вокруг учереждения или источника радиоактивного выброса или сброса, на которой уровень облучения людей в условиях нормальной эксплуатации учреждения (источника ИИ) может превышать установленный предел дозы (ПД).

В санитарно-защитной зоне устанавливается режим ограничения и проводиться радиационного контроля.

Радиационный контроль – контроль за состоянием норм радиационной безопасности и основных санитарных правил, а также получения информации об уровнях облучения людей и радиационной обстановки в учреждениях и в окружающей среде.

Дозиметр – прибор, в основном, предназначен для измерения дозы и мощности дозы ИИ.

Радиометр – прибор, в основном предназначен для измерения активности радионуклида в источнике или плотности потока частиц.

§ 8.5 Методы защиты от ионизирующего излучения

Основными способами защиты от внешнего излучения являются

· использование для работы источников с минимально возможной активностью (защита количеством);

· проведение работ, связанных с облучением, в течении минимального времени (защита временем);

· удаление во время работы на максимальное расстоянии от источников ИИ (защита расстоянием.);

· уменьшение естественного излучения с помощью экрана (защита экраном).

Для предупреждения попадания радиоактивного вещества внутрь организма принимаются различные защитные меры: вентиляция, ведение работ в вакуумных шкафах, применение автоматических манипуляторов и телевидения, а также индивидуальные защитные средства – респираторы, шланговые противогазы, пневмокостюмы. Для ускоренного выведения радионуклидов из организма человека применяют следующие приемы: промывание желудочно-кишечного тракта, прием адсорбентов, изотопное разбавление.

§ 8.6 Радиационный фон

1. Каждое живое существо на Земле постоянно подвергается воздействию ионизирующей радиации: она поступает к нему из космоса, из глубин земли и даже от других живых организмов, а в двадцатом веке еще и от рукотворных источников излучения.

Не будь естественного радиационного фона на земле, не было бы и многих генетических мутаций. А если бы не было достаточного количества генетических мутаций, природа во многом утратила бы свое разнообразие, и без этого разнообразия естественный отбор не мог бы сотворить такое богатство органичного мира, которое мы наблюдаем.

2. Население в целом подвергается облучению за счет естественного, искусственного радиационных фонов, медицинских процедур.

Естественный радиационный фон – мощность эквивалентной дозы ИИ, создаваемая космическим излучением и излучением естественно распределенных природных радионуклидов в поверхностных слоях земли, при земной атмосфере продукты питания, вода и организмы человека.

Технологически измененный естественный радиационный фон – это фон, обусловленный широким использованием материалов с повышенным содержанием естественных радионуклидов, сжиганием ископаемого топлива, применением с/х удобрений и т.д.

Радиационный фон на нашей планете складывается под влиянием компонентов

1. Излучение, обусловленного космическим излучением;

2. Излучение от рассеянных в почве, воздухе, воде и других объектах внешней среды естественных радионуклидов4

3. Излучение от искусственных радионуклидов при испытании ядерного оружия и выпавших на поверхности земли в виде локальных тропосферных или глобальных радиоактивных осадков или при поступлении во внешнюю среду при удалении радиоактивных отходов предприятий атомной промышленности, предприятиями ядерного топливного цикла, предприятиями и учреждениями работающими с радиоактивными веществами и использующими их в медицине, науке, технике или с/х.

Все эти обстоятельства человек должен всесторонне учитывать при проведении мероприятий по управлению экологическими системами и отдельными популяциями с целью использования их в своих интересах, а также учитывать косвенные последствия, которые могут иметь место при этом, например, при истреблении хищников или защиты растений в с/х.

Тема 9 Основы нормирования антропогенной нагрузки на природную среду

Основные понятия и причины нормирования

1. Как было уже отмечено выше, человек в процессе взаимодействия с природой изменяет ее состояние. Причем в большинстве случаев антропогенное воздействие носит негативный характер, приводит к резкому изменению среднего состояния природной среды не только в данном регионе, но и на глобальном уровне.

Следовательно, необходимо разработать такие подходы к проектированию, строительству и эксплуатации, которые уменьшили бы отрицательные антропогенные эффекты. В ряду таких подходов управления экологической безопасностью важная роль принадлежит нормированию антропогенной нагрузки на природную среду.

Под экологическим нормированием понимается определение величин предельно допустимых нагрузок, не приводящих к нарушению функций экосистемы.

2. Основные принципы экологического нормирования:

1. Принцип надежности – экологические нормативы должны быть научно обоснованными, легко контролируемыми.

2. Принцип иерархичности – экологические нормативы должны разрабатывать для различных иерархических уровней и для разных уровней природопользования (местного, регионального, национального и глобального).

3. Принцип реалистичности – текущие экологические нормативы должны быть выполнимы.

4. Принцип «слабого звена» – экологические нормативы должны разрабатываться с ученом наиболее уязвимых компонентов, связей в системы и самих систем.

5. Принцип цели – приоритет учета долгосрочных последствий для общества и природы в целом над краткосрочными экологическими интересами отдельных природопользователей, региональных интересов и локальными и т.д.

§ 9.2 Санитарно-гигиенический подход к определению норм антропогенной нагрузки

Поиск по сайту: