м-родителям, будут значительно ниже. Последствия облучения в смысле генетических последствий специалисты оценивают и по-другому — по величине дозы, при которой удваивается частота того, что потомство появится с той или иной разновидностью наследственных эффектов. Естественно, сравнение проводится с нормальными условиями, когда радиация была нормальной. Применение такого подхода дало следующие результаты. Было установлено, что если поколение родителей (в течение 30 лет) облучалось при суммарной дозе в 1 Гр, то на миллион новорожденных детей, родившихся от таких облученных родителей, может появиться примерно 2000 серьезных случаев генетических заболеваний (другими словами, два случая на тысячу новорожденных). Этим методом можно оценивать и суммарную частоту появления серьезных наследственных дефектов в каждом поколении. Имеется в виду, что доза облучения остается постоянной. Ясно, что в этом случае число живых новорожденных с серьезными наследственными дефектами будет больше — оно составит 15000 на миллион, или 15 на тысячу живых новорожденных.
Приведенные оценки не следует слишком абсолютизировать. Они получены при учете только серьезных генных мутаций, врожденных аномалий. Но вклад неучтенных, не очень существенных дефектов может в общей сложности, в сумме давать не меньший, если не больший эффект. Поэтому всегда надо помнить, при каких условиях делаются те или иные оценки, а также и то, что оценки — это только оценки.
Научный комитет ООН по действию атомной радиации провел оценки, насколько сокращается период трудоспособности, а также продолжительность жизни в результате генетических изменений, которые последовали за облучением с мощностью дозы 1Гр на поколение. По этим оценкам, оба эти периода сокращаются на 50000 лет из расчета на каждый миллион живых новорожденных среди детей первого облученного поколения. Если постоянно облучаются многие поколения, то впоследствии эти периоды перестают увеличиваться, достигая 340000 лет (сокращение периода трудоспособности) и 286000 лет (сокращение продолжительности жизни). Каждый раз расчет ведется на миллион живых новорожденных.
Говоря о допустимых дозах выброса в окружающую среду радиоактивных веществ, надо иметь в виду эффект биологического накопления, о котором уже говорилось в отношении различных ядов. Его специалисты также характеризуют коэффициентом накопления, который показывает, на сколько (во сколько раз) содержание определенного радионуклида в организме животного больше его содержания в окружающей среде. Радиоактивные вещества накапливаются в организме так же, как и не радиоактивные. Например, радиоактивный йод-131 накапливается в щитовидной железе точно так же, как и обычный, нерадиоактивный йод. Часто радионуклиды «работают» под своих двойников, то есть под те химические нерадиоактивные элементы, химические свойства которых такие же, как и у этих радиоактивных изотопов. Это относится прежде всего к радиоактивному стронцию-90. Он появляется в окружающей среде по воле человека (образуется при расщеплении урана, то есть при производстве и испытаниях ядерного оружия, а также при работе атомных электростанций). Попадая в окружающую среду из указанных источников, радиоактивный стронций-90 выпадает вместе с осадками и затем мигрирует вместе с кальцием из почвы и воды в растения и животные. Далее по пищевой цепочке он попадает на стол человека. При этом он выдает себя за кальций. И занимает его место в наших костях. Так внутри нас образуются радиоактивные источники, которые мы сами выбросили в окружающую среду. Так работает механизм накопления стронция-90 в костях нашего организма. Далее только один шаг к возникновению раковых заболеваний, поскольку кроветворная ткань костного мозга высокочувствительна к бета-излучению стронция-90. Поэтому опасность от стронция-90, находящегося в костях, в 3000–4000 раз больше, чем от внешнего источника облучения.
Очень любопытно, что чем беднее вода и почва биогенными химическими элементами (которые прошли через живое существо), тем эффективнее они накапливают радиоактивные (и другие вредные) вещества. Поэтому в арктической тундре при скупой растительности происходит эффективное их накопление. Далее путь этих радионуклидов к оленям, а затем и к человеку.
Сказанное относится к стронцию-90, но не только к нему. Так, подобным образом цезий-137 маскируется под калий и поэтому успешно совершает свой круговорот в природе вместе с ним и в результате этого попадает на наш стол.
Надо иметь в виду, что накопление происходит не только в организме. Оно может происходить и в неживой природе (в воде, почве, осадках или в воздухе), если приток данного вещества в данный объем больше, чем его отток.
БИОГЕОХИМИЧЕСКИЕ ЦИКЛЫ
Самая большая экосистема на Земле — биосфера в процессе развития (сукцессии) достигла своего стабильного, равновесного состояния. Это значит, что все процессы идут слаженно, нигде нет сбоев. Различные вещества (азот, сера, фосфор, углерод, вода, ртуть, стронций, цезий и множество других) участвуют в круговороте, который в нормальных условиях должен совершаться непрерывно. Это значит, что участвующие в круговороте вещества не могут где-то накапливаться, то есть выводиться из круговорота. Если такое накопление будет происходить, то чем дольше оно будет продолжаться, тем больше вещества, которое должно совершать круговорот, выйдет из него. Это напоминает поточную линию: всего должно быть столько, сколько надо — ни больше, ни меньше. Если чего-то не хватает — работа линии будет нарушена. Конечно, интересно знать, как все это происходит в природе. Но наш интерес двойной. Он вызван не только любознательностью, но и тем, что человек результатами своей деятельности существенно нарушает установившийся в природе круговорот веществ. Важно знать, насколько это опасно, чем именно это грозит и каким образом можно этому противодействовать. Именно с этой точки зрения прежде всего мы и рассмотрим проблему. Так, если раньше было ясно, что есть циклы (круговороты) главных, основных веществ и веществ, которые считались второстепенными, то теперь никто из специалистов не осмелится сказать, круговорот какого вещества можно считать пренебрежимым. Если в круговороте участвует очень малая масса вещества, то ее нельзя назвать пренебрежимо малой. Значение участвующего в круговороте вещества определяется не его массой, не его количеством, а теми последствиями, которые оно способно вызвать. Например, радиоактивный стронций-90 в очень незначительных количествах участвуя в круговороте вместе с кальцием и попадая вместе с ним в наши кости, способен (если его количество увеличится существенно) прекратить существование позвоночных (и человека в том числе). Раньше такой проблемы не существовало — стронций-90 появился на свет благодаря человеку. Кстати, человек не только включил в круговорот множество веществ, которые вредны сами по себе (побочные продукты горнодобывающей промышленности, различных производств, химической промышленности и современного сельского хозяйства, продукты, содержащие высокие концентрации тяжелых металлов, ядовитые органические соединения и другие потенциально опасные вещества), но и изменил условия круговорота веществ, поскольку изменил ландшафт, вырубив лес, заасфальтировав поверхность Земли, построив города, поселки и т. д. и т. п.
Рассматривая круговорот (цикл или геохимический цикл) любого вещества, различают ту часть вещества, которая непосредственно участвует в круговороте, проходит поточную линию. Поэтому специалисты эту часть вещества называют подвижным, или обменным, фондом. Этот активный циркулирующий фонд еще называют доступным. Остальная часть вещества не принимает непосредственно участия в круговороте, но она, конечно, не отделена наглухо от первой части. Эту часть вещества называют резервным фондом. К нему применяют также термин «недоступный» фонд. Эта часть в большинстве случаев больше, чем оборотная часть. Можно это иллюстрировать хотя бы на примерах азота или воды или же кислорода. Конечно, чем больше резервная часть, резервный фонд, тем меньше риск, что сбои в обменном фонде приведут к катастрофе. Теряющееся вещество в обменном фонде может быть компенсировано из резервного, базового фонда. Но такой резерв не всегда большой. Тогда ситуация в большей степени подвержена возможностям срыва.
Анализируя круговорот веществ в природе, выделяют два различающиеся пути такого круговорота. В одном случае в круговороте участвуют вещества, находящиеся в атмосфере и гидросфере (морях, озерах, реках, ручьях, болотах и океанах). Этот круговорот называют круговоротом газообразных веществ. Повторим, что резервные фонды в этом случае находятся в атмосфере и гидросфере. В другом случае речь идет о круговороте тех веществ, резервный фонд которых находится в земной коре. Этот круговорот называют осадочным. Не надо путать с осадками — снегом и дождем. Круговорот веществ в осадочном цикле осуществляется путем осадкообразования, горообразования, вулканической деятельности, эрозии и биологического переноса. Вещества, переносимые в осадочных циклах, «привязаны» к земле в большей степени, чем кислород, азот, двуокись углерода, вода и др., которые циркулируют с атмосферным газом, водой и т. д. Рассмотрим вначале биогеохимические циклы, резервные фонды которых находятся в атмосфере, гидросфере и почве. Начнем с воды.
Биогеохимический цикл воды. В общих чертах круговорот воды представляет себе каждый. Большой резервуар воды — океаны, моря, озера и реки. Вода из этого резервуара испаряется. Образуются облака. Затем выпадают осадки в виде дождя, снега, крупы, града. Вода осадков попадает в озера, реки, болота, откуда в конце концов стекает в море. Так круг замкнулся. Надо еще отметить наличие грунтовых вод, которые в конце концов также постепенно стекают туда же — в море. Есть, естественно, и поверхностный сток воды в море.
Любому очевидно, что двигать большие массы воды по описанному кругу не просто. На это надо затратить большую энергию — ведь воду надо поднять на большую высоту над уровнем моря (облака). Поэтому неудивительно, что примерно одна треть всей энергии Солнца, которая «перепадает» Земле, уходит на совершение этой работы. Циркуляция воды важна не только сама по себе (что не вызывает сомнения), но и потому, что она переносит другие вещества. Если вы изменили маршрут воды, то вы тем самым, как правило, изменили и состав тех веществ, которые она переносит. Вода — это «