Радиоактивность в биосфере

Тема 2.1.

Экологическая суксессия

Смена сообществ. Рассмотрим внесезонный процесс, который представляет собой определенную последовательность появления и исчезновения популяций разных видов в данном местообитании. Этот процесс носит название экологическая суксессия – (от латинского – наследие, смена поколений, последовательность) и является закономерным. Суксессия управляется самим сообществом и не зависит от местоположения или видовой принадлежности составляющих его организмов.

В экологии суммарные энергозатраты называются общим дыханием сообщества. Такое сообщество подобно заводу, в котором затраты на производство в точности равны стоимости получаемой продукции.

Существуют насколько типов равновесия в сообществе. Первый тип характерен для замкнутого сообщества: сюда не поступает никакая дополнительная продукция, а собственная продукция сообщества целиком остается внутри его. Второй тип равновесия характерен для некоторых экосистем текучей воды. Здесь органическое вещество возникает не только в результате функционирования автотрофов, но и от притока извне. Третий тип равновесия свойствен для сельскохозяйственных экосистем, где происходит постоянное изъятие части продукции.

Если общее дыхание меньше валовой первичной продукции, в экосистеме будет происходить накопление органического вещества, если больше – его исчезновение. При избытке ресурса всегда найдутся виды, которые смогут его освоить. При недостатке ресурса часть видов вымрет. Главная особенность этого процесса состоит в том, что изменения сообщества всегда происходят в направлении к равновесному состоянию.

Автотрофная и гетеротрофная суксессия. Развитие леса на поле – пример суксессии, происходящей в ясно выраженном автотрофном состоянии, т.к. в первый момент появляются автотрофные организмы. Такая суксессия носит название автотрофной. Видовой состав организмов меняется год от года, а в сообществе идет накопление органического вещества. Примером суксессии другого типа является река, загрязненная большим количеством органических отбросов (н-р, свинофермы). Избыточное органическое вещество начинает активно использоваться гетеротрофами. При этом оно потребляется быстрее, чес создается, т.е. происходит постоянное убывание органического вещества. Это гетеротрофная суксессия.

Первичная суксессия начинается на обезжизненном месте. Например, поселение лишайников на камнях. Под действием выделений лишайников каменистый субстрат постепенно превращается в подобие почвы, где поселяются уже кустистые лишайники, зеленые мхи, затем травы и друние высокоорганизованные растения.

Примером вторичной суксессии являются изменения, происходящие после раскорчевки и запашки площадей, занятых прежде лесом, или после порубки леса, устройства пруда и т.п. Скорость изменений при вторичной суксессии значительно выше, чем при первичной.

Продолжительность суксессии различная. Например, первичная суксессия в песчаных дюнах длится многие сотни лет. Вторичная суксессия, например, на вырубках, протекает гораздо быстрее. Но все же не менее 200 лет, чтобы в условиях умеренного климата восстановился лесной массив. Вторичная суксессия в степи продолжается около 50 лет. На рисунке (см.ниже) показана продолжительность основных стадий вторичной суксессии в умеренном климате: первая – стадия травянистой растительности (длится около 10 лет); вторая – стадия кустарников (от 10 до 25 лет); стадия лиственных деревьев (от 25 до 100 лет); четвертая – стадия хвойных деревьев (более 100 лет).

Значение экологической суксессии. Люди все еще слабо осознают последствия экологических нарушений, возникающих в погоне за экономической выгодой. Отчасти это связано с тем, что даже специалисты-экологи еще не могут дать точных предсказаний последствий, к которым приводят различные нарушения экосистем.

Радиоактивность в биосфере

Радиоактивные загрязнения имеют существенное отличие от других. Радиоактивные нуклиды – это ядра нестабильных химических элементов, испускающие заряженные частицы и коротковолновые электромагнитные излучения. Именно эти частицы и излучения, попадая в организм человека, разрушают клетки, вследствие чего могут возникнуть различные болезни, в том числе и лучевая.

В биосфере повсюду действуют естественные источники радиоактивности. И человек, как и все живые организмы, всегда подвергается естественному облучению. Внешнее облучение происходит за счет излучения космического происхождения и радиоактивных нуклидов, находящихся в окружающей среде. Внутреннее облучение создается радиоактивными элементами, попадающими в организм человека с воздухом, водой и пищей. Для количественной характеристики воздействия излучения на человека используют единицы биологический эквивалент рентгена (бэр) или зиверт (Зв): 1Зв=100бэр. В результате внутреннего и внешнего облучения человек в течение года в среднем получает дозу 0,1 бэр, и за всю жизнь около 7 бэр. В этих дозах облучение не приносит вреда человеку. Но если суммарная доза внешнего и внутреннего облучения превышает определенный предел, то это вызывает различные изменения в организме, что может привести к болезням и даже смерти человека. Вот почему каждый человек должен знать допустимые дозы радиоактивного облучения.

Степени радиоактивного облучения человека:

- просмотр одного хоккейного матча по ТВ 1 мкбэр

- фоновое облучение за год 100мбэр

- допустимое облучение населения в нормальных условиях за год 500 мбэр

- облучение при рентгенографии зубов 3 бэр

- допустимое облучение персонала в нормальных условиях за год 5 бэр

- допустимое аварийное облучение населения (разовое) 10 бэр

- допустимое аварийное облучение персонала (разовое) 25 бэр

- облучение при рентгеноскопии желудка (местное) 30 бэр

Последствия облучения:

 - кратковременные незначительные изменения состава крови 75 бэр

- нижний уровень развития легкой степени лучевой болезни 100 бэр

- тяжелая степень лучевой болезни 450 бэр.

На земном шаре есть такие местности, где ежегодная доза радиоактивности выше средней. Так, например, люди, живущие в высокогорных районах, за счет космического излучения могут получить дозу в несколько раз большую. Большие дозы излучения могут быть в местностях, где содержание естественных радиоактивных источников велико. Так, например, в Бразилии (200 км от Сан-Паулу) есть возвышенность, где годовая доза составляет 25 бэр. Эта местность необитаема.

Наибольшую опасность представляет радиоактивное загрязнение биосферы в результате деятельности человека. В настоящее время радиоактивнее элементы достаточно широко используются в различных областях. Халатное отношение к хранению и транспортировке этих элементов приводит к серьезным радиоактивным загрязнениям. Радиоактивное заражение биосферы связано, например, с испытаниями ядерного оружия.

Во второй половине 20 столетия начали вводить в эксплуатацию атомные электростанции, ледоколы, подводные лодки с ядерными установками. При нормальной эксплуатации объектов атомной энергии в промышленности загрязнение окружающей среды радиоактивными нуклидами составляет ничтожно малую долю от естественного фона. Иная ситуация складывается при авариях на атомных объектах.

Так, при взрыве на Чернобыльской атомной станции в окружающую среду было выброшено лишь около 5% ядерного топлива. Но это привело к облучению многих людей, большие территории были загрязнены настолько, что стали опасными для здоровья. Это потребовало переселения тысяч жителей из зараженных районов. Повышение радиации в результате выпадения радиоактивных осадков было отмечено за сотни и тысячи километров от места аварии.

В настоящее время все острее встает проблема складирования и хранения радиоактивных отходов военной промышленности и атомных электростанций. С каждым годом они представляют все большую опасность для окружающей среды. Таким образом, использование ядерной энергии поставило пред человечеством новые серьезные проблемы.