Материал: Лекции по мониторингу

Обычно содержание нефти в верхнем 20-сантимет­ровом слое на два порядка выше, чем фоновое содержа­ние, лежащее в пределах 50 ррт. Промачивание почвы нефтью достигает 100—200 см. Для разливов нефти и нефтепродуктов характерно локальное загрязнение на расстоянии до 1—2 км от источника.

Автотранспорт, авиация, железнодорожный транс­порт, коксохимические и нефтеперегонные заводы, неф­тепромыслы способствуют загрязнению почвы кан­церогенными веществами, среди которых особенно опас­ны полиароматические углеводороды (ПАУ), например 3,4-бенз-а-пирен, конечным резервуаром аккумуляции которого является почвенный покров (гумусовый гори­зонт почв 0—50 см). При этом наблюдается тенденция увеличения содержания загрязнителя во всех природных средах. С почвенной пылью, грунтовыми водами, в ре­зультате водной эрозии, с продуктами питания ПАУ пос­тупают в общие биохимические циклы на суше, распрост­раняясь повсеместно. Почва может фиксировать ПАУ и сохранять их, освобождая при сменах влажности, аэрации или реакции среды. Необходимо отметить, что выбросы, например, автотранспорта, обнаруживают на расстоянии 200—500 м от автомагистрали.

Перед осуществлением полевой программы наблюде­ний за уровнем загрязнения почв в природных и сель­скохозяйственных ландшафтах необходимо провести планирование работ, т. е. определить примерное количе­ство точек отбора проб, составить схему их территори­ального размещения, наметить полевые маршруты или последовательность обработки площадей, установить ка­лендарные сроки исполнения задания. Помимо этого следует проверить наличие и качество топографического материала, а также тематических карт (почвенных, гео­ботанических, геологических, геохимических и др.); собрать сведения об источниках загрязнения почв на об­следуемой территории (расположение, используемое сы­рье, объем производства, отходы), а также установить связь с учреждениями, которые заинтересованы в пред­полагаемом обследовании.

При выборе участков наблюдения исходным рабочим документом служит топографическая основа определен­ного масштаба (1:10 000). Контуры (схему) города, насе­ленного пункта или промышленного комплекса размеща­ют, как правило, в центре плана местности, который переснимается с топографической основы. Из геометри­ческого центра (город, промышленный комплекс, завод и т. д.) с помощью циркуля наносят окружности радиусом 0,2; 0,5; 1; 1,5; 2; 3; 4; 5; 8; 10; 20; 30; 50 см (км - в масштабе карты), т. е. обозначают зону возможного загрязне­ния почв.

На подготовленный таким образом план местности наносят контуры многолетней розы ветров по 8—16 рум­бам. Самый большой вектор, соответствующий наиболь­шей повторяемости ветра, откладывается в подветренную сторону, его длина должна составлять 25—30 см (25—30 км в масштабе карты). Пропорционально величине этого вектора на карте откладывают остальные векторы. Таким образом, в контур, образованный розой ветров, схемати­чески включается территория наибольшего загрязнения почв компонентами промышленных выбросов предприя­тия. В местах пересечения осей векторов с окружностями располагаются ключевые участки, на которых закладыва­ют сеть опорных разрезов, пункты и. площадки взятия проб.

После отбора нескольких простых проб почвы состав­ляют объединенную пробу (как описано выше), которую отправляют на анализ в лабораторию вместе с сопроводи­тельным талоном.

Наблюдения за промышленным загрязнением почв носят характер экспедиционных работ и поэтому вклю­чают все мероприятия по подготовке к ним. Время про­ведения экспедиционных работ и отбора проб не имеет значения. Однако удобнее проводить сбор материалов в сухое время года, в период уборки урожая основных сель­скохозяйственных культур, т. е. летом и в начале осени. При развернутых стационарных наблюдениях отбор проб осуществляют независимо от времени экспедиционных работ.

Обобщение результатов наблюдений за загрязнением почв

Содержание и характер наблюдений за уровнем за­грязнения почв и их картографирование в сельских и го­родских условиях имеют свою специфику. В задачи на­блюдений входят:

- регистрация современного уровня химического за­грязнения почв, выявление географических закономерностей и динамики временных изменений загрязнения
почв в зависимости от расположения и технологических параметров источника загрязнения;

- прогноз тенденций изменения химического состава почв в ближайшем будущем и оценка последствий загрязнения почв;

- обеспечение заинтересованных организаций инфор­мацией об уровне загрязнения почв.

Исходя из перечисленных задач, можно выделить сле­дующие виды наблюдений:

- режимные наблюдения, т. е. систематические на­блюдения за уровнем содержания химических веществ в почвах в течение определенного промежутка времени;

- комплексные наблюдения, в том числе за процессами миграции веществ в системах «атмосферный воз­дух—почва», «почва—растение», «почва—вода» и «почва—донные отложения»;

- наблюдения за вертикальной миграцией загрязняю­щих веществ в почвах по профилю;

- наблюдения в определенных пунктах, намеченных в соответствии с запросами тех или иных организаций.

Таким образом, при наблюдениях за уровнем загряз­нения почв необходимо получить представление не толь­ко о степени химического загрязнения в настоящее вре­мя, но и о возможном развитии происходящих процессов, в частности в период, когда будут внедряться мероприя­тия, направленные на уменьшение загрязнения почв, существенно изменяющие водный, тепловой, солевой, био­логический и другие режимы почвы.

В то же время оценка состояния и прогноз загрязне­ния почв не могут базироваться только на анализах проб почв. Почва — элемент ландшафта, поэтому ее исследо­вание неотделимо от изучения всех компонентов природ­ного и антропогенного комплекса, всех путей накопления загрязняющих веществ в природных, сельских и город­ских условиях.

Информация о загрязнении почв поступает в лабо­ратории в виде сопроводительных талонов, а результаты анализа почв — в виде рабочих таблиц. По этим данным составляют справки и обзоры, а также дают так называе­мую штормовую информацию. В установленные методи­ками Росгидромета сроки на почвы составляют технохимические карты.

Лекция 7. Мониторинг радиактивного загрязнения.

Нормирование в области радиационной безопасности Основные понятия и определения

В природе существует три основных вида радиоактивного излучения альфа, бета и гамма.

Гамма-излучение представляет собой электромагнитное излучение высокой энергии и обладает наибольшей проникающей способностью. Соответственно, защита от внешнего гамма-излучения представляет наибольшие проблемы.

Бета-излучение имеет корпускулярную природу и представляет собой поток отрицательно заряженных частиц (электронов). Бета-излучение обладает меньшей проникающей способностью. Защититься от этого излучения при внешнем источнике можно сравнительно легко. В принципе, бета-частицы задерживаются неповрежденной кожей. Однако при поступлении внутрь организма бета-активные радионуклиды испускают хорошо поглощаемые тканями организма бета-частицы. Возникающие при этом в организме разрушения значительно превосходят таковые, производимые гамма-излучением.

Альфа-излучение представляет собой поток, положительно заряженных частиц с зарядом 2 и массой, равной 4, (по существу — ядра гелия). Этот вид излучения легко поглощается любой средой. Защититься от него можно буквально листом бумаги. Однако, поступление альфа-излучателя внутрь организма может вызвать трагические последствия.

Процесс радиоактивного распада (перехода радиоактивного элемента в другой химический элемент) сопровождается излучением одного или нескольких видов. В соответствии с тем, какой вид излучения характерен для радиоактивного распада данного изотопа, выделяют гамма-активные изотопы (например, цезий-137), бета-излучатели (например, стронций-90) и альфа-излучатели (например, большинство изотопов плутония).

Количественной характеристикой источника излучения служит активность, выражаемая числом радиоактивных превращений в единицу времени. В СИЗ единицей активности является беккерель (Бк) - 1 распад в секунду (с-1). Иногда используется внесистемная единица кюри (Ки), соответствующая активности 1 г радия. Соотношение этих единиц определяется следующей формулой: 1 Ки - 3,7-10'° Бк.

Интенсивность альфа- и бета-излучения может быть охарактеризована активностью на единицу площади (с-1м-2), Интенсивность гамма-излучения характеризуется мощностью экспозиционной дозы.

Экспозиционная доза измеряется по ионизации воздуха и равна количеству электричества, образующегося под действием гамма-излучения в 1 кг зоздуха. В СИ экспозиционная доза выражается в кулонах на кг (Кл/кг).

Весьма популярна также внесистемная единица экспозиционной дозы — рентген. Это — доза гамма-излучения, при которой а 1 смЗ воздуха при нормальных физических условиях (температура О С и давление 760 мм рт.ст.) образуется 2,08-109 пар ионов, несущих одну электростатическую единицу количества электричества.

Мощность экспозиционной дозы отражает скорость накопления дозы и выражается в Кл'кгсек (в СИ) или в Р/ч (во внесистемных единицах).

Наиболее адекватный способ описания степени радиоактивного загрязнения местности — это плотность загрязнения. Плотность загрязнения представляет собой активность на единицу площади (с учетом изотопного состава). Этот способ, однако, весьма трудоемок, требует проведения лабораторных анализов и не всегда может быть использован для оперативной оценки. Обычно такая оценка производится с помощью методов полевой дозиметрии.

При этом используемые приборы, методы и единицы измерения зависят от типа загрязнения. Мерой загрязнения гамма-излучателями является мощность экспозиционной дозы; бета-загрязнение характеризуется плотностью потока бета-частиц. Оценка степени загрязнения альфа-излучателями в полевых условиях невозможна.

Как правило, при техногенном загрязнении в окружающую среду поступает смесь радионуклидов, среди которых есть все типы излучателей. Поэтому в первом приближении степень опасности может быть оценена по уровню гамма-фона. Тем не менее, з ряде случаев такая оценка неприменима. Если в сбросах предприятия содержатся, главным образом, бета-излучающие радионуклиды, то радиационная ситуация не может быть охарактеризована через величину экспозиционной дозы даже на качественном уровне.

Например, загрязнение рукава реки Т., в который осуществляется сброс с химического комбината С, характеризуется весьма высокими уровнями бета-излучения, в то время как гамма-фон, в основном, близок к нормальному.

В то же время, населению, как правило, в качестве характеристики загрязнения сообщается (в т. ч. и через средства массовой информации) только мощность экспозиционной дозы. Эта величина, однако, является лишь одной из характеристик радиационной ситуации. Существует множество искусственных радиоактивных изотопов, которые практически не испускают гамма-квантов, но при этом являются очень опасными источниками излучения. Мощность экспозиционной дозы, определяемая при помощи гамма-дозиметра, не может отразить степени загрязнения такими изотопами.

Система нормирования в области радиационной безопасности

Система нормирования в области радиационной безопасности в России претерпела существенные изменения в последние несколько лет. Действующая система нормирования в этой области строится на понятии дозовой нагрузки. Основными документами, в соответствии с которыми осуществляется радиационный контроль за безопасностью населения, являются Федеральный Закон «О радиационной безопасности населения» и принятые в его развитие «Нормы радиационной безопасности НРБ-96». Оба документа служат для обеспечения радиационной безопасности человека, Экологических нормативов, устанавливающих допустимые воздействия на экосистемы, в области радиационной безопасности не существует.

В системе нормирования используются следующие основные понятия:

Поглощенная доза — фундаментальная дозиметрическая величина, определяемая количеством энергии, переданной излучением единице массы вещества.

За единицу поглощенной дозы облучения принимается грей (джоуль на килограмм) — поглощенная доза излучения, переданная массе облучаемого вещества а 1 кг и измеряемая энергией в 1 Дж любого ионизирующего излучения (1 Гр = 1 Дж/кг).

Эквивалентная доза. Поскольку поражающее действие ионизирующего излучения зависит не только от поглощенной дозы, но и от ионизирующей способности излучения, вводится понятие эквивалентной дозы. Для расчета эквивалентной дозы поглощенную дозу умножают на коэффициент, отражающий способность данного вида излучения повреждать ткани организма. При этом альфа-излучение считается в двадцать раз опаснее других видов излучений.

Единицей эквивалентной дозы является зиверт — доза любого вида излучения, поглощенная в 1 кг биологической ткани, создающая такой же биологический эффект, как и поглощенная доза в 1 Гр фотонного излучения.

Эффективная эквивалентная доза. Следует учитывать, что одни части тела (органы) более чувствительны к радиационным повреждениям, чем другие. Поэтому дозы облучения органов и тканей учитываются с различными коэффициентами. Эффективная эквивалентная доза отражает суммарный эффект облучения для организма; она также измеряется в зивертах.

Закон «О радиационной безопасности населения» {22} устанавливает допустимую дозовую нагрузку на население на уровне 1 мЗв/год.

Наблюдения за радиоактивным загрязнением атмосферного воздуха.

При проведении мониторинга радиоактивного загряз­нения атмосферы используют сборники радиоактивных загрязнений и воздухофильтрующие устройства, причем последние значительно превосходят первые по своей чув­ствительности. Для наиболее эффективного контроля за распространением в атмосфере радиоактивных выбросов необходимо обеспечить возможность уверенного опреде­ления полного изотопного состава проб аэрозолей, для чего производительность фильтрующего устройства и эф­фективность улавливания аэрозолей должны быть доста­точно высокими.

Для массовых измерений в качестве простого и деше­вого устройства, продуваемого ветром, используют марле­вый конус (сачок), натянутый на проволочный каркас и насаженный на штангу, воткнутую в землю. Ось конуса располагают горизонтально, под прямым углом к штанге, на высоте 1,5 м над поверхностью земли. Эффективность улавливания конусом радиоактивных аэрозолей зависит от погодных условий и дисперсности аэрозольных частиц. Хуже всего улавливаются частицы размером около ОД мкм, что соответствует «старым» (давно образовавшимся) ра­диоактивным аэрозолям глобального происхождения.