Материал: Лекции по мониторингу

Для отбора проб аэрозолей и газообразного йода из приземной атмосферы в окрестностях АЭС предназначе­ны воздухофильтрующие установки типа «Тайфун», обо­рудованные сорбционным фильтром для улавливания ра­диоактивного йода и высокоэффективной фильтротканью. Сорбционный фильтр и фильтроткань размещают по­слойно на фильтродержателе — жесткой сетке, выполнен­ной в виде двускатной поверхности с тупым углом между составляющими плоскостями. Воздух принудительно про­качивают через описанную систему с помощью центро­бежной воздуходувки. Вся установка размещается в за­щитной будке, оборудованной жалюзи со снего- и каплезадерживающими карманами.

Когда не происходит повышенных выбросов радио­нуклидов в атмосферу, пробы отбирают в течение неде­ли. Если же такой выброс произошел, экспонирование фильтра прерывают и проводят досрочный изотопный анализ.

Недостатками таких воздухофильтрующих устройств являются необходимость подвода электроэнергии для пи­тания электродвигателей, а также сравнительная дорого­визна и сложность обслуживания.

С целью выбора места для установки сборников ра­диоактивных загрязнений и воздухофильтрующих ус­тройств проводят измерение радиоактивного заражения местности с помощью радиометров и дозиметров.

Наблюдения за радиоактивным загрязнением природных вод

При проведении наблюдений за радиоактивным за­грязнением природных вод для отбора и одновременного концентрирования проб глубинной воды большого объ­ема используют шланговый пробоотборник «Спрут».

К гидрологическому тросу подвешивают груз, пред­назначенный как для затопления пробоотборного шланга, так и для уменьшения сноса при отборе проб с дрейфую­щего судна. Массу груза выбирают в зависимости от по­годных условий. При штиле (или работе на заякоренном судне) достаточная масса груза составляет 20—30 кг, при сильном дрейфе ее следует увеличить.

На некотором расстоянии от груза (около 1 м) закреп­ляют заборный конец пробоотборного шланга. Затем трос опускают так, чтобы заборный конец шланга оказался на уровне воды, после чего устанавливают на «Нуль» счетчик глубины. Трос и соединенный с ним шланг опускают на заданный горизонт, прикрепляя через каждые 10 м шланг к тросу. По достижении горизонта спуск прекращают, а пробоотборный шланг подсоединяют к вибронасосу «Ма­лыш». Насос на тросе или капроновом шнуре опускают в воду на глубину 0,5—1,0 м. К отбору пробы приступают примерно через 10 мин — время, необходимое для откач­ки воды более высоких горизонтов, находящейся в шлан­ге, и промывки шланга водой нужного горизонта.

Отбираемая вода по шлангу подается на фильтро­вальную установку «Мидия», в абсорбер и расходомер. В фильтровальной установке используется бумажный фильтр типа «синяя лента», на который накладывается предфильтр из фильтроткани ФПП-15-1,5.

После отбора пробы оставшийся на фильтре осадок подвергают радиационному анализу, для чего могут при­меняться приборы экспресс-контроля, например дози­метр СРП-88 и др.

Контроль радиоактивного загрязнения почв

Почва как продукт выветривания литосферы и ее взаимодействия с атмосферой имеет определенную фоно­вую радиоактивность. Искусственно повышенная радио­активность почв может быть связана с различными ви­дами использования радиоизотопов, включая их добычу и переработку, в том числе производство и использование ядерного оружия.

Загрязнение почв радиоактивными элементами проис­ходит в основном в результате их выпадений из атмосфе­ры. Наибольшая доля в радиоактивных выпадениях при­ходится на стронций-90, йод-131, цезий-137, которые обнаруживаются в тканях человека. Вред, связанный с накоплением в организме радиоактивных элементов, мо­жет быть индивидуальным (например, развитие рака) или генетическим, когда возрастает частота мутаций и появ­ляется потомство с врожденными патологиями. Опас­ность возрастает еще и потому, что радиоактивные эле­менты, подобно пестицидам, концентрируются в трофи­ческих цепях.

Радионуклиды с большим периодом полураспада на­капливаются в поверхностном слое почвы. Это позволяет определить суммарное значение радиоактивных выпаде­ний из атмосферы за продолжительный период времени.

.В результате миграции радионуклиды способны про­никать в глубь почвы. Скорость такого проникновения зависит от состояния поверхности почвы и ее влажности. Глубина проникновения в легких почвах для цезия-137 может достигать 50 см, а для стронция-90 — 90—100 см.

Однако, основное количество радионуклидов сосредоточе­но в верхнем 10-сантиметровом слое почвы. Исследова­ние вертикального распределения радионуклидов по про­филю почвы позволяет:

- оценить мощность дозы гамма-излучения того или иного радионуклида и скорость миграции радионуклидов в почве;

- выявить промышленное загрязнение на фоне гло­бального или «свежие» радиоактивные выпадения на фоне «старых»;

- определить количество радионуклидов в почве.

Одним из методов контроля радиоактивного загрязне­ния почв является метод отбора проб почв с последую­щим их гамма-спектрометрическим анализом в лабора­торных условиях. На обследуемом участке желательно также выполнить предварительную (полевую) гамма-ра­диометрическую съемку с использованием, например, до­зиметра СРП-88. Измерения рекомендуется проводить на высоте 1 м от поверхности и не ближе 2—5 м от стен строений.

Для того чтобы результаты анализа почв могли быть распространены на всю исследуемую территорию, а не характеризовали бы только место отбора пробы, послед­няя должна быть представительной. Представительность отобранной пробы может быть обеспечена в том случае, если поверхность почвы в месте пробоотбора не подвер­гается смыву во время ливней или паводковыми водами, а также не подвержена смещению сильными ветрами в результате эрозии. В месте отбора проб также не дол­жно быть наносов почвы. Отбор проб следует проводить на открытых горизонтальных участках с ненарушенной структурой.

В зависимости от уровня загрязнения выделяют два случая отбора проб почвы:

- при невысокой дозе гамма-излучения;

- если мощность дозы на поверхности почвы обус­ловлена выпавшими загрязнениями.

В первом случае используют специальные пробоот­борники цилиндрической формы диаметром 26 см. Для исследования вертикального распределения загрязне­ния отобранный монолит почвы делят на слои. Тол­щина первых четырех слоев должна составлять 0,5 см, следующих четырех — 1 см и последних двух слоев — 2 см.

Поскольку радионуклиды могут проникать в почву и на глубину более 10 см, для исследования их вертикаль­ного распределения используют другой пробоотборник, позволяющий отбирать пробы на глубине 40—50 см и на пахотных участках. Площадь такого пробоотборника со­ставляет 100 см², а высота — 70 см. Уменьшенный диа­метр этого пробоотборника объясняется тем, что для па­хотных почв и глубин более 10 см измене'ние содержания радионуклидов в почве с глубиной значительно меньше, чем для поверхностного слоя почвы; это позволяет прово­дить исследование более толстых слоев, и, следовательно, отбираемые пробы могут быть меньшего объема.

Кроме того, уменьшение диаметра пробоотборника позволяет с меньшими усилиями исключить попадание почвы из верхних слоев в нижние. Забив пробоотборник в почву, его выкапывают, разбирают на две половинки, а отобранную пробу делят на слои высотой 5 см. Пробы упаковывают в полиэтиленовые мешки и заворачивают в бумагу, снабжая этикетками с подробным описанием места отбора пробы и состояния поверхности почвы.

Для отбора образцов почв при изучении миграции ра­дионуклидов в наземных экосистемах можно также закла­дывать разрезы размером 70 х 150 см и глубиной 1—2 м (в зависимости от типа почв) и отбирать пробы по гори­зонтали непрерывно по всему разрезу. Толщина отбирае­мых для радиометрических анализов слоев не должна превышать 2—5 см.

Одновременно с радиоактивными образцами почвы отбирают и пробы растительности.

Лекция 8. Биомониторинг.

По целям и задачам биологический мониторинг связан с экологическим. Как известно в экологическом мониторинге выделяют следующие основные подходы:

1. Выявление индикторов состояния окружающей среды, которые отражают изменения в экосистемах, связанные с воздействием ксенобиотиков, включая разработку критериев и методологии для отбора тест-организмов.

2. Определение зависимости «доза- ответная реакция», получаемая путём полевых наблюдений и лабораторных экспериментов.

3. Анализ путей и процессов трансформации, включения в круговорот загрязнителей в экосистемах.

В первом приближении решение этих проблем и является задачей биомониторинга.

Состояние биологических систем при осуществлении биомониторинга может быть определено путём оценки соответствия данной экосистемы (биогеоценоза), по выражению С.С.Шварца (1976), критерию «хорошего « биогеоценоза. При этом должна быть произведена оценка:

- продукции всех основных звеньев трофической цепи;

- соответствия высокой продуктивности высокой продукции (определяющего компенсаторную активность биосистем);

- стабильность структуры и разнородности отдельных трофических уровней;

- скорости протекания обмена веществ и энергии в экосистеме, характеризующей возможности биологического самоочищения.

Для целей биомониторинга особое внимание должно уделяться:

- колебаниям общей численности популяции и выяснению причин этих колебаний;

- изменениями в возрастном и половом составе популяций;

- изменению половых процессов и интенсивности размножения;

- изменению репродуктивного цикла;

- изменению в эмбриональном и постнатальном развитии.

Структура биологиче6ского мониторинга, состоящая из отдельных подпрограмм, строится из принципа, основанного на уровнях организации биосистем (Фёдоров В.Д., 1975). При таком подходе можно выделить субклеточный уровень организации, которому будет соответствовать генетический мониторинг, клеточному уровню – биохимический мониторинг, организменному – физиологический мониторинг, популяционному и биоценологическому – экологический мониторинг.

В настоящее время подавляющим числом специалистов признается, что система контроля качества окружающей природной среды, основанная на определении ПДК – изолированного действия отдельных химических веществ без учёта реальной экологической ситуации мало эффективна. Существующие санитарно-гигиенические нормативы носят антропоцентрический характер и не могут обеспечить в равной мере защиту всех объектов живой природы.

Один из возможных путей подхода к рассматриваемой проблеме с позиций биологического мониторинга – это биоиндикация и биотестирование антропогенных факторов, т.е. выявление антропогенного загрязнения объектов окружающей природной среды с помощью методических приёмов, основанных на оценке состояния сообществ и отдельных особей, подвергшихся воздействию ксенобиотиков. Следует подчеркнуть, что методы биомониторинга (биоиндикация и биотестирование) не противопоставляются аналитическим методам контроля загрязнений. Очевидно, что полную, комплексную оценку качества природной среды можно дать только при сочетании физико-химических методов исследований с биологическими, так как живые организмы и их сообщества интегрально реагируют на совокупность биотических и абиотических факторов ( в т.ч. и полютантов).

Биоиндикация.

Способ оценки антропогенной нагрузки по реакции на неё живых организмов и их сообществ получил название биоиндикации, а сами организмы – биоиндикаторов.

Биоиндикаторы имеют ряд преимуществ, позволяющих успешно использовать их в целях биомониторинга:

1)суммируют все без исключения биологически важные данные об окружающей среде и отражают её состояние в целом;

2) делают необязательным (или чаще дополняют) применение дорогостоящих и трудоёмких физико-химических методов анализа параметров окружающей среды; постоянно присутствующие в окружающей человека среде реагируют на кратковременные и залповые выбросы токсикантов, которые может не зарегистрировать автоматизированная система контроля с периодическим отбором проб;

3) отражают и фиксируют скорость происходящих в окружающей природной среде изменений;

4) вскрывают тенденции развития окружающей природной среды;

5) указывают пути и места скопления в экологических системах ксенобиотиков и поллютантов и возможные пути попадания их в пищу человека;

6) позволяют судить о степени вредности тех или иных веществ для живой природы и человека;

7) дают возможность контролировать токсичность и опасность вновь синтезируемых ксенобиотиков;

8) помогают нормировать допустимую нагрузку на экосистемы, различающиеся своей устойчивостью к антропогенному воздействию.

В настоящее время в биоиндикационных исследованиях выделяют три приоритетных направления.

1. Биологическая индикация действия на организмы естественных природных факторов (действие климата, взаимоотношений между организмами и т.п.).

2. Анализ процессов модификации естественных факторов человеком: мелиорация земель, эксплуатация биоресурсов, экологические результаты интродукции новых для региона видов животных и растений и т.п.

Физические и химические факторы загрязнения биосферы (ионизирующие излучения, промышленные поллютанты, минеральные удобрения и пестициды) приобрели глобальный характер в последние десятилетия, тогда как ранее они не выступали лимитирующими факторами формирования жизни.

Поскольку биоиндикационные исследования загрязнения биосферы направлены на контроль качества окружающей среды, они имеют непосредственное отношение и к экологии человека, так как связаны с охраной среды обитания человеческого общества.

Специфика проведения биоиндикационных исследований в насыщенной антропогенной среде накладывает ограничения на индикаторные виды. Так, в исследованиях наземных экосистем в настоящее время наиболее эффективными являются следующие виды животных.

1.Млекопитающие. Мышевидные грызуны и мелкие насекомоядные являются постоянными обитателями антропогенной среды, хотя их численность испытывает сильные колебания. Основная причина внимания к млекопитающим – их близость по большинству физиологических параметров к человеку, что даёт возможность корректной эктраполяции действия стрессовых факторов.

2. Почвенная мезофауна. Основная по биомассе группа наземных животных достаточно разнообразная в видовом отношении, образует осёдлое население, тесно контактирует с почвой, в которой оседают и сорбируются все виды загрязнителей. Из числа почвенных беспозвоночных особенно показательными группами можно считать дождевых червей и все группы герпетобия – обитателей подстилки и поверхности почвы.