7.7. Дозиметрические характеристики экосистем и ландшафтов

В свете современных представлений о радиоактивности её вредоносность проявляется в лучевом поражении ионизирующего излучения, образующегося в результате распада радиоактивных ядер и способного ионизировать среду. Разные виды излучений оказывают неодинаковое воздействие на ткани живого организма.


Альфа-частицы - это положительно заряженные ядра гелия. Они обладают большой ионизирующей и малой проникающей способностью, задерживаясь, например, листом бумаги. Поэтому эти излучения не представляют опасности до тех пор, пока радиоактивные вещества, испускающие их, не попадут внутрь организма; тогда они становятся чрезвычайно опасными.


Бета-частицы - это электроны, способные проникать в ткани организма на глубину один - два сантиметра и очень губительно действовать на него.


Гамма - излучение - это электромагнитное излучение высокой энергии, отличающееся большой проникающей способностью. Его может задержать лишь толстая свинцовая или бетонная плита (361; 1).


Результат воздействия ионизирующих излучений на облучаемые объекты - физико-химические или биологические изменения в этих объектах. Наблюдаемый радиационный эффект n зависит от физических величин Ai, характеризующих поле излучения: n = F(Ai).
Величины Ai, функционально связанные с радиационным эффектом n, называют дозиметрическими. Распространенными дозиметрическими величинами являются мощности эквивалентной и экспозиционной доз излучения (276).


Для учета биологической эффективности различных излучений введено понятие эквивалентная доза. Ныне это одна из основных дозиметрических величин в области радиобиологии и радиационной безопасности. Эквивалентная доза - это произведение поглощенной дозы данного вида ионизирующего излучения на соответствующий коэффициент качества излучения. За единицу эквивалентной дозы принимают бэр - биологический эквивалент рентгена. 1 бэр = 1 . 10-2Дж/кг. В практике используют дольные единицы: миллибэр (1 мбэр = 1 . 10-3 бэр); микробер (1 мбэр = 1 . 10-6 бэр). В системе СИ единица эквивалентной дозы - зиверт (Зв); 1 Зв = 100 бэр. Важной дозиметрической величиной является мощность дозы, которая характеризуется приращением дозы в единицу времени. В качестве единиц мощности дозы используют: бэр/с; Зв/с. Производные указанных единиц мощности дозы: миллибэр в час (мбэр/ч); микрозиверт в час (мкЗв/ч) и т.п. (58).


Мощность эквивалентной дозы гамма-излучения дерново-подзолистых почв на глубоких флювиогляциальных отложениях в 1983 году была выше, чем их аналогов на двучлене с мореной снизу (табл. 84).

Таблица 84

Мощность эквивалентной дозы гамма-излучения дерново-подзолистых почв до и после аварии на ЧАЭС, мкЗв/ч

После выпадения радиоактивных чернобыльских осадков мощность эквивалентной дозы гамма-излучения дерново-подзолистых почв возросла во много раз (табл. 84). В дерново-подзолистых почвах на двучлене с мореной снизу, для которых характерна невысокая интенсивность нисходящего тока почвенного раствора, ещё не заметно перемещения радиоактивных веществ по элювиально-иллювиальному типу. В тоже время в дерново-подзолистых почвах на мощных флювиогляциальных отложениях оно уже происходит.


Интенсификация полевой агроэкосистемы до аварии на ЧАЭС не изменяла мощность эквивалентной дозе гамма-излучения дерново-подзолистых почв (табл. 85). В 1990 году в пахотном горизонте почвы интенсивной агроэкосистемы этот показатель существенно увеличился. Ниже по профилю различия незначимые (табл. 84).

Таблица 85

Мощность эквивалентной дозы гамма-излучения пахотных горизонтов дерново-подзолистых почв на флювиогляциальных отложениях до и после аварии на ЧАЭС (Клинцовский КПУ), мкЗв/ч

До аварии на ЧАЭС мощность эквивалентной дозы гамма-излучения верхних генетических горизонтов серых лесных почв ополья была выше, чем дерново-подзолистых почв (табл. 86, 87). Распределение по профилю серых лесных почв грив значений этого показателя носило элювиально-иллювиальный характер. В серых лесных почвах со вторым гумусовым горизонтом западин это не происходило. В 1990 году мощность эквивалентной дозы гамма-излучения профилей почв ополья была в несколько раз выше доаварийных значений. В верхней части профилей серых лесных почв грив этот показатель несколько выше, чем у почв сопредельных западин.

Таблица 86

Мощность эквивалентной дозы гамма-излучения профилей серых лесных почв грив ополья до и после аварии на ЧАЭС ,
(Стародубский КПУ № 1), мкЗв/ч

Таблица 87

Мощность эквивалентной дозы гамма-излучения профилей серых лесных почв со вторым гумусовым горизонтом западин ополья до и после аварии на ЧАЭС (Стародубский КПУ № 2), мкЗв/ч

Длительное аграрное воздействие на серые лесные почвы ополья способствовало снижению мощности эквивалентной дозы гамма-излучения в верхней части их профиля после выпадения чернобыльских осадков. Интенсификация агроэкосистем существенно усиливала этот процесс (табл. 86, 87).


В обычной полевой агроэкосистеме рельеф ополья не оказывает влияния на мощность эквивалентной дозы гамма-излучения в пахотном горизонте серых лесных почв (табл. 88). В интенсивной агроэкосистеме его воздействие на рассматриваемый показатель существенно. До аварии на ЧАЭС мощность эквивалентной дозы гамма-излучения была существенно выше в пахотном горизонте почвы западины. После неё - эта величина значительно выше в почве гривы. Но можно высказать предположение, что со временем всё же произойдет перераспределение радионуклидов между элементами рельефа и рассматриваемая величина возрастет в почвах западин, как это было до аварии.

Таблица 88

Влияние рельефа на мощность эквивалентной дозы гамма-излучения
пахотных горизонтов серых лесных почв ополья до и после аварии на ЧАЭС

Другая дозиметрическая характеристика - экспозиционная доза - мера ионизационного действия фотонного излучения, определяемая по ионизации воздуха в условиях электронно-го равновесия, то есть если поглощенная энергия излучения в некотором объёме среды равна сумме кинетической энергии ионизируемых частиц, образованных фотонным излучением в том же объеме среды. Единицей экспозиционной дозы в СИ является один кулон на кило-грамм (Кл/кг). Внесистемная (специальная) единица экспозиционной дозы - рентген(Р), 1 Р = 2,58 . 10-4 Кл/кг. Важной дозиметрической характеристикой является мощность экспозици-онной дозы (МЭД), которая характеризует приращение дозы в единицу времени. В качестве её единиц используют Кл/(кг . с) и Р/с (276).


Мощность экспозиционной дозы гамма-излучения с поверхности почв экосистем измеря-ли в динамике по годам радиометром СРП-68-01. Результаты представлены в табл. 89.

Таблица 89

Динамика мощности экспозиционной дозы гамма-излучения
с поверхности дерново-подзолистых и серых лесных почв, мкР/ч

Мощности экспозиционных доз гамма-излучения с поверхности дерново-подзолистых и серых лесных почв до аварии на ЧАЭС были близки между собой и не превышали 9 мкР/ч (табл. 89). После выпадения радиоактивных чернобыльских осадков они возросли на дерново-подзолистых почвах в десятки и сотни, а на серых лесных почвах ополья - в несколько раз.


В динамике по годам мощности экспозиционных доз гамма-излучения с поверхности загрязненных почв снижаются. Наиболее активно это происходило в первые четыре года после аварии, что было обусловлено активностью короткоживущих радионуклидов. По мере их распада рассматриваемый показатель снижался, но затухала и скорость его снижения. Через 7 лет после аварии на ЧАЭС он все же превышал доаварийные значения дерново-подзолистых почв в 12 - 23 раза, а серых лесных почв ополья - в 3 - 4 раза.


Почвы агроэкосистем отличаются более низкими величинами мощности экспозиционных доз гамма-излучения, чем их естественные аналоги (табл. 89). Причина этого - в "разбавлении" радиоактивных веществ, выпавших на поверхность почвы, в толще пахотного горизонта. При значительном уровне радиоактивного загрязнения, интенсификация полевой агроэкосистемы снижает мощность экспозиционных доз гамма-излучения из почвы.


Начиная с 1993 года ежегодно проводили измерения мощности экспозиционной дозы гамма-излучения с поверхности почв пойменного экосистемного ландшафтного стационара. Она характеризует общую радиологическую обстановку в пойменных экологических подсистемах и варьирует в зависимости от конкретной поймы и зоны радиоактивного загрязнения.


На поймах с плотностью радиоактивного загрязнения менее 1 Ки/км2 МЭД осталась на доаварийном уровне и колеблется в среднем около 7 мкР/час (рис. 91а). По мере продвижения в более загрязненные районы, наблюдали увеличение рассматриваемого показателя (рис. 91б) и установили отличия между пойменными экологическими подсистемами по МЭД. Выделены участки, где МЭД наивысшая. Это, как правило, центральная пойма. Следует отме-тить тенденцию к повышению уровня этого показателя в центральной пойме под манниковыми травостоями.


Рис. 91. Мощность экспозиционной дозы гамма-излучения в пойменных экологических подсистемах
(в среднем за 1993-1998 годы. 225; 389)

По годам (1993-1996 и 1998 гг.) определенных закономерностей в изменении МЭД в пределах пойм не наблюдали. Вероятно, это вызвано тем, что наиболее активное снижение этого показателя происходило в первый период после аварии (1986-1990 гг.) из-за распада короткоживущих радионуклидов.


МЭД "чистого" Суражского КЭУ осталась на доаварийном уровне и колеблется в среднем около 7 мкР/час. При этом различий по МЭД между пойменными экологическими подсистемами не отмечено. По мере продвижения в более загрязненные районы, наблюдали увеличе-ние рассматриваемого показателя. В пределах всех этих КЭУ установлены отличия между пойменными экологическими подсистемами по МЭД. На каждом КЭУ, загрязнённом радионуклидами, выделены участки, где МЭД наивысшая. Это, как правило, центральная пойма. Следует отметить, что здесь отмечается тенденция к повышению уровня этого показателя в на участках, где в травостоях доминирует манник водный.


По годам (1993-1996 и 1998 гг.) определенных закономерностей в изменении МЭД в пределах всех КЭУ не наблюдали. Вероятно, это вызвано тем, что наиболее активное снижение этого показателя происходило в первый период после аварии (1986-1990 гг.) из-за распада короткоживущих радионуклидов.


Немаловажную роль в формировании МЭД в подобных условиях играют такие факторы как перераспределение 137Сs по профилю почвы в связи с изменением его подвижности и метеорологические условия конкретного года. Можно предположить, что осадки выступают, с одной стороны, как фактор повышающий подвижность радионуклида, а с другой, как фактор "экранирующий" активности 137Сs, находящегося в закрепленном состоянии.


Таким образом, радиоэкологические условия региона весьма разнообразны и особенно в поймах рек. Авария на ЧАЭС еще больше увеличила неоднородность факторов образования и эволюции почв, а также создала объективные трудности в рациональном и безопасном хозяйственном использовании естественных луговых угодий.