Закономерности перемещения радиоактивных веществ в биосфере

По интенсивности поступления  из водных растворов в растения пшеницы  радионуклиды располагаются в следующем  порядке: Cs > Sr > Се > Ru > Zr. Переход радионуклидов из почвы в растения во многом определяется их видовыми и сортовыми особенностями (строение корневой системы, характер метаболизма). Наибольшей способностью накапливать Cs отличаются травостои естественных пастбищ и сенокосов. Поглощение радионуклидов растениями из почвы зависит также от ее состава. Почвы тяжелого гранулометрического состава отличаются большей поглотительной способностью, чем легкие. Поступление Cs в растения из торфянистых почв больше, чем из минеральных, в несколько раз. Данный факт может иметь определенное значение при оценке загрязнения естественных и культурных сенокосов и пастбищ в целях разработки мероприятий по дезактивации и рационального их использования. В период массированных глобальных радиоактивных выпадений (1963...1964 гг.) было отмечено, что уровень загрязнения растений в северных районах существенно выше, чем в южных.

Перенос питательных веществ  между трофическими уровнями называют пищевой цепью. Механизмы, с помощью которых растения и животные получают необходимые для их роста неорганические вещества из почвы, аналогичны тем механизмам, посредством которых радионуклиды поступают в биологические системы. Таким образом, естественные и искусственные радионуклиды стабильных химических элементов также циркулируют в биосфере по характерным биологическим цепям, проникая из внешней среды в организмы, а затем снова возвращаясь во внешнюю среду.

Радиоактивные выпадения  могут представлять особую опасность  в летний период. Критическим продуктом  для молодых продуктов ядерного деления будет молоко, особенно в  районах с молочным направлением сельского хозяйства, где молоко и молочные продукты составляют важную часть рациона. С молоком выводятся в значительных количествах такие биологически значимые радионуклиды как J, Sr, Cs. Радиоизотопы ¹³¹J – ¹³⁵J составляют значительную часть активности молодых продуктов ядерного деления. Лимитирует опасность ¹³¹J. Критической группой населения являются дети, беременные и кормящие женщины. По данным экспериментальных исследований, с молоком коров выводится 0.4-1.02 % ¹³¹J в одном литре от поступившего количества, в среднем 0.52 %, а при многократном употреблении – 0.4-1.1 %, в среднем 0.76 % ежесуточного поступления. В значительных количествах с молоком выводятся радиоизотопы Sr, Cs, Mo и другие. ⁹⁰Sr переходит в молоко в количестве 3-4 % . Из глобальных выпадений ⁹⁰Sr переходит в количестве 0.27-0.75 % в одном литре молока . ¹³⁷Cs выводится в количестве до 1 % в одном литре молока суточного поступления, а из глобальных выпадений – 0.95-1.62 % [15]. Другие радионуклиды выводятся в значительно меньших количествах: сотых (Ba, U), тысячных (Ce), десятитысячных (Ru, Pu, Np) долях процента в одном литре от суточного поступления нуклида. Активность молока коров, получавших молодые продукты ядерного деления, в основном обусловлена радиоизотопами йода. За 12 дней вывелось 12.8% от поступившего количества нуклида. Другие радионуклиды выводились в значительно меньших количествах. За этот же срок⁹⁹Mo, ⁸⁹Sr, ¹⁴⁰Ba вывелись в количестве соответственно 0.68, 0.71, 0.11 %. Основная часть радионуклидов вывелась в первые дни после затравки коров продуктами ядерного деления. Количество радионуклидов, выводимых с молоком, зависит от биологической доступности радиоактивных продуктов. У коров, получавших высокорастворимые продукты ядерного деления, вывелось в 50 раз больше активности, чем у коров, получавших слаборастворимые продукты ядерного деления . Выведение радионуклидов в значительной мере определяется содержанием их стабильных изотопов в корме.

Мясо и мясные продукты могут быть источником поступления  в организм людей различных радионуклидов. При поступлении в организм животных молодых продуктов ядерного деления  в мышечной ткани накапливаются  в основном радиоизотопы J, Te, Mo, в скелете – Sr, Ba, в печени – J, Te, Mo, Ce. У поросят, например, на второй день после поступления молодых радиоактивных продуктов в щитовидной железе, печени, мышцах и в скелете содержалось соответственно 46-51, 26-30, 7-11, 3-4 % активности, обнаруженной в организме, на пятый день – соответственно 30-38, 15-18, 17-18, 20-27 %. На втором месяце большая часть радионуклидов была депонирована в скелете. Общее содержание радионуклидов в организме животных через 5 дней снизилось на порядок, а через 45 дней – примерно в 300 раз. Столь быстрое снижение активности связано с распадом короткоживущих радионуклидов, которые содержатся в больших количествах в молодых продуктах ядерного деления, и выведением радионуклидов из организма.

Источником поступления  радионуклидов являются гидробионты, которые в больших количествах  накапливают радионуклиды. Накопление происходит быстро, особенно в период их интенсивного роста. Радионуклиды поступают  в организм в результате адсорбции  на открытых поверхностях тела, абсобции через поверхность (кожу, жаберные мембраны у рыб, корни и поверхности листьев у растений) и при заглатывании их с пищей.

Поведение радионуклидов  в водоёме зависит от физико-химических свойств воды и её состава, в частности, от pH и химического состава примесей. Слабая минерализация воды способствует более высокому накоплению радионуклидов гидробионтами, поэтому рыбы пресноводных водоёмов накапливают их в десятки и сотни раз больше. Коэффициенты накопления в мышечной ткани рыб ¹³¹J, ¹⁴⁰Ba, ¹⁴⁰La достигает 10, ⁹⁰Sr, ⁹⁰Y, ¹⁴⁴Ce, ⁹⁶Nb, ⁹⁵Zr,¹³⁷Cs, ⁶⁵Zn, ⁵⁵Fe – около 1000 [16]. В водорослях и моллюсках коэффициент накопления ¹³¹J достигает соответственно 200-500 и 10-70 .

Технологическая переработка  пищевого сырья и кулинарная обработка  продуктов приводят к значительному снижения содержания в них радионуклидов, удаляемых с малоценными в пищевом отношении отходами. При переработке зерна в муку и крупу удаляются оболочки, на которых радионуклиды сорбируются в значительных количествах. В муке и крупе ⁹⁰Sr глобального выпадения содержится в 1.5-3 раза меньше, чем в зерне . С картофеля и свёклы при их очистке удаляется 30-40 % глобального ⁹⁰Sr. При варке активность радионуклидов снижается ещё на 10-20 % . Со свёклы, капусты, гороха, щавеля, грибов в отвар переходит соответственно до 60, 80, 45, 50, 35 % ¹³⁷Cs.

Из мяса в бульон при  варке переходит от 20 до 50 % ¹³⁷Cs, из мяса кур – до 45 %. ¹³¹J переходит из костей в количестве нескольких процентов, а ¹⁰⁶Ru – в количестве около 30 %. При затравке коров, овец, свиней молодыми продуктами ядерного деления из мышц в бульон перешло соответственно 54, 50, 53 % активности, а из костей – 29, 26, 22 %, из говядины и баранины – соответственно 51 и 52 %. Из рыбы в бульон переходят единицы процентов ⁹⁰Sr и около 60 % ¹³⁷Cs.

Существенного снижения содержания радионуклидов в молочных продуктах  можно достигнуть путём получения  из него жировых и белковых концентратов. Из молока в сливки переходит 16 % ¹³¹J и в масло – 3.5 % [11]. В сливки ⁹⁰Sr переходит в количестве 5 % и в творог – в количестве 27 %. В сыр ⁹⁰Sr переходит в количестве до 45 %. ¹³⁷Cs в сметану, творог, масло, сыр переходит в количестве соответственно 9, 21, 1.5, 10 %. В сливки, масло, творог из молока коров, затравленных молодыми продуктами ядерного деления, перешло соответственно 14.4, 2, 21.6 % активности. В другом опыте в масло перешло 4.2 % активности. Различие в количестве радионуклидов в масле можно объяснить неодинаковым содержанием в нём белковых компонентов молока. При перетопке сливочного масла содержание в нём радионуклидов снижается, например, ¹³¹J – до 90 % от первоначального.

Уровень загрязнения продуктов  питания, как было отмечено, зависит  от интенсивности радиоактивных  выпадений, биологической их доступности  и почвенно-климатических условий, определяющих миграцию радионуклидов. Высокий уровень загрязнений  регистрировали в районах локальных  выпадений ядерных взрывов