Радиоактивное воздействие на биосферу

 

 

11) «Космический мусор»

Мы все  заслуженно гордимся достижениями космонавтики. С помощью космических аппаратов  землян изучали Луну, все планеты  Солнечной системы, их спутники, астероиды  и кометы. Космические аппараты «Пионер-10»  и «Вояджеры» стартовавшие более 30 лет тому назад и запущенный на околоземную орбиту телескоп «Хаббл»  позволили получить уникальные сведения о планетах Солнечной системы  и далеких звездных системах. Сегодня  ни одна развитая страна мира не может  обойтись без мобильной связи, телевидения, радиосвязи, средств наблюдения за опасными участками земной поверхности, космической навигации, космической  разведки и т.п. И все это заслуги  ИСЗ и космонавтики.

Однако  у космических исследований есть также и «обратная сторона»: запуски  ракет, разрушение и падение фрагментов космических аппаратов приводят к серьезным экологическим проблемам  на Земле и в космосе.

Проблема  экологии космической деятельности возникла практически после первых запусков крупных ракет, однако потребовались  десятилетия, чтобы осознать всю  ее серьезность.

Влияние запусков ракет на поверхность планеты  во многом зависит от массы стартующих ракет, частоты запусков, т.е. грузопотока  на орбиту. Последний составляет около 2200, 700 и 600 тонн в год для космодромов  Байконур, мыс Канаверал и Плесецк  соответственно.

Высота  самой большой ракеты «Аполлон» (именно с ее помощью были осуществлены пилотируемые полеты на Луну) превышала 100 метров, а масса была близка к 3 тыс. тонн. В настоящее время самая  крупная ракета имеет массу около 2 тыс. тонн и высоту около 50 м. Такая  ракета в секунду сжигает почти 10 т топлива и выбрасывает в  атмосферу далеко не безвредные продукты сгорания. Самые «маленькие» космические  ракеты имеют массу около 100 т. Масса  топлива в ракетах всех типов  – почти 90% массы ракеты.

Наименее  безобидным топливом считается жидкий водород. В результате его сгорания образуется водяной пар. Такое топливо  использовалось в ракетах-носителях  «Спейс Шаттл» (США). Кроме того, в  этих же ракетах находят применение и твердотопливные ускорители, которые  приводят к очень вредным выбросам. Украинская ракета «Зенит–2», как и  российская «Союз», использует керосин  – сравнительно безобидное топливо. В российской ракете «Протон» применяется  очень агрессивное и высокотоксичное  топливо – гидразин, гептил.

Падение первых ступеней ракеты. Все ракеты имеют  разное число ступеней – от 2 до 6. Нулевая и первая ступени ракеты-носителя работают около 1–2 минут. После сгорания топлива ступени отстреливаются и падают сравнительно недалеко (на расстоянии около 100 км) от места старта ракеты. Вторые и третьи ступени  падают на удалениях около 800 и 2500 км соответственно. Для запуска ракет  отчуждается участок земной поверхности  площадью от 1.5 до 5 тыс. км2. Только в  СНГ под районы падений частей ракет отведены участки с суммарной  площадью около 200 тыс. км2, что составляет 20% площади Украины.

Опасность представляют как сами ступени ракет, так и особенно остатки топлива, нередко токсичного. Только в странах  СНГ остаткам топлива от ракет  «Протон», «Циклон» и «Космос» загрязнено около 10 тыс. км2 поверхности земли.

Вот один из примеров нарушения экологического равновесия. Жители алтайского села Саратан  рассказали, что первые несчастья  у них начались еще в 1959 г. На альпийских лугах Алтая стали находить крупные  обломки какой-то техники (многие думали инопланетной (о Байконуре в селе еще ничего не знали). Стали гибнуть  лошади, коровы и овцы. Постепенно была уничтожена практически вся растительность, исчезли прекрасные высокогорные цветы. Затем улетели птицы: косачи, белые  куропатки, глухари, кукушки и даже неприхотливые воробьи. Из окрестных  лесов ушли лоси, волки и медведи. Наступила мертвая тишина. Жители алтайских сел стали рано седеть, страдать от заболеваний почек, печени, гипертонии, наблюдались случаи выпадения  волос, зарегистрировано много случаев  онкологических и странных психических  заболеваний. Были отмечены случаи рождения детей-уродов. Столичные врачи связывали  все это с воздействием ракетного  топлива гептила, но правду больным  не сообщали.

Падение космических  аппаратов и их фрагментов, отработавших на орбите и более неуправляемых, особенно если такие спутники имели  ядерные силовые установки. Для  штатного затопления грузовых КА «Прогресс» отведен район в южной части  Тихого океана, восточнее Новой Зеландии. Его площадь составляет несколько  миллионов квадратных километров, что  в несколько раз превышает  площадь Украины. Однако регулярно  случаются и внештатные ситуации. Одна из таких угрожающих ситуаций возникла, например, 11 июля 1979 г. при  падении обломков орбитальной станции (ОС) «Скайлэб» (США). Фрагменты рассеялись на площади в несколько тысяч  квадратных километров, задев север  Австралии и южную часть Индийского океана.

Но даже управляемые спуски ОС таят в себе большую опасность. Дело в том, что  на ОС возникает собственная загрязненная атмосфера, в которой развиваются  малоизученные микроорганизмы. За 11 лет функционирования ОС «Мир» на ней появилось 140 видов микроорганизмов, у некоторых из них сменилось около 190 тыс. поколений. По мнению японских специалистов, эти микроорганизмы-мутанты представляют собой бактериологическое оружие. Они уже ставят космонавтов в экстремальные условия и угрожают землянам. Как поведут себя микробы после падения ОС в океан – не ясно и сегодня. В настоящее время на околоземных орбитах находится 58 объектов с ядерными и радиоизотопными установками. Их падение (а все КА рано или поздно падают) чревато серьезными экологическими последствиями.

Влияние КА на приземную атмосферу заключается, прежде всего, в том, что именно она  первой принимает на себя удар стартующей ракеты. Здесь происходят наибольшие по массе выбросы продуктов сгорания. Здесь генерируются наибольшие по мощности акустические и электромагнитные (включая  оптические) излучения.

Например, одна из наиболее экологически чистых ракет – «Спейс Шаттл» выбрасывает  в атмосферу около 1850 т продуктов  сгорания, примерно половину этой массы  – в приземную атмосферу. Одной  соляной кислоты инжектируется  в среду 160 т, из них более 90 т –  в приземную атмосферу. После  этого на больших площадях наблюдаются  обильные кислотные дожди.

Влияние на погоду и климат. До последнего времени  такое влияние аргументировано отрицалось. Сейчас отдельные специалисты, проведя наблюдения, их статистическую обработку и компьютерное моделирование, пришли к выводу, что запуски всего 60 аппаратов типа «Спейс Шаттл» в год должны привести к изменению метеоусловий по обе стороны Атлантики. Влияние запусков ракет на Байконуре является более локальным. Они обычно сопровождаются усилением осадков. Так ли это – покажет будущее. Если подобное влияние существует, то оно, скорее всего, связано со спусковыми эффектами и процессами самоорганизации в атмосфере. Кроме рассмотренного воздействия, запуски КА сопровождаются тепловым, газодинамическим, электромагнитным воздействием струи, динамическим воздействием корпуса ракеты и другими эффектами.

Разрушение  озоносферы происходит за счет выбросов хлора и оксидов азота. При  стартах ракет ежегодно в атмосферу  инжектируется около 5 тыс. т хлора  и 100 т оксидов азота. Исследования показали, что твердотельные ракеты наносят больший вред озоносфере, чем жидкостные. К счастью, пока что  запуски КА способны разрушать озонсферу  лишь вблизи места пролета ракеты, радиус возмущенной зоны не превышает  нескольких километров. Глобальное влияние  запусков при нынешней их интенсивности  мало.

Влияние космической  деятельности на геокосмос (примерно от 100 до 36 000 км). Благодаря сильной разреженности  геокосмос значительно более  уязвим, чем приземная атмосфера. Космическая деятельность влияет на экологию геокосмоса по нескольким каналам. К ним относятся выбросы больших  объемов химических веществ, часто  отсутствующих в естественных условиях, инжекция акустической, электромагнитной и тепловой энергии, засорение околоземной  среды фрагментами ракет и  космических аппаратов («космическим мусором»).

Космический мусор состоит из закончивших  свою активную работу ИСЗ, последних  ступеней ракет, разгонных блоков, обломков ракет и спутников, возникших  в результате преднамеренных и аварийных  взрывов. Необходимо помнить, что от 4 до 10% запусков ракет являются аварийными. За более чем 50 лет космической  эры в геокосмос запущено более 25 тысяч искусственных космических  объектов. Более 16 тысяч из их упали  на поверхность Земли. Из остальных  – в среднем только около 600 является действующими.

Размеры фрагментов космического мусора изменяются от долей  миллиметра до 5–6 метров. Только фрагментов размером более 10 см в геокосмосе находится  около 8 тысяч. За ними ведется постоянное слежение, все данные о них занесены в специальные каталоги. Масса  этих фрагментов превышает 3 тысячи тонн.

Весь опыт человечества показывает: к чему бы человек ни прикоснулся – непременно наряду с несомненными благами появляются новые проблемы, в том числе  и экологического характера. Уже  сейчас экологическая проблема геокосмоса во весь рост стоит перед человечеством. Таков неизбежный итог техногенной  деятельности человека в космосе. Научный  и технологический прогресс остановить нельзя, остается лишь минимизировать его вредные экологические последствия.

1. Пирофорность  – способность твёрдого материала  в мелкораздробленном состоянии  к самовоспламенению на воздухе  при отсутствии нагрева.

2. Natural Resources Defense Council (NRDC) – некоммерческая, беспартийная  международная экологическая правозащитная  группа. Основана в 1970 г., включает  около 1,3 млн. членов и онлайн-активистов  в США и более 300 сотрудников:  юристов, ученых и других экспертов  политики.

Заключение

Из-за увеличения масштабов  антропогенного воздействия (хозяйственной  деятельности человека), особенно в  последнее столетие, нарушается равновесие в биосфере, что может привести к необратимым процессам и  поставить вопрос о возможности  жизни на планете. Это связано  с развитием промышленности, энергетики, транспорта, сельского хозяйства и других видов деятельности человека без учета возможностей биосферы Земли. Уже сейчас перед человечеством встали серьезные экологические проблемы, требующие незамедлительного решения.

Список используемых источников

http://nuclphys.sinp.msu.ru/ecology/ecol/ecol04.htm -Ядерная физика в Интернете

http://www.ecosystema.ru/ - Экологический центр “Экосистема”

http://www.portal-slovo.ru/art/ - Образовательный портал “Слово”

Приложения

Рис. 5.23. Пример ореола загрязнения  подземных вод ураном в районе хвостохранилища. Естественная объемная активность воды 0.3 Бк/л: a – план; б  – вертикальный разрез.

 

 

Таблица 5.2. Удельные активности естественных радионуклидов  
в углях некоторых Российских месторождений

Месторождения углей	Удельная активность, Бк/кг
	40K			226Ra			232Th
	уголь	зола	шлак	уголь	зола	шлак	уголь	зола	шлак
Интинское	152	420	393	15	39	43	18	37	46
Райчихинское	137	399		38	89		34	90
Нерюнгринское	67	180		38	142		35	160
Ургальское	46	186	282	12	78	87	8	56	65
Харанорское	61	404	373	24	83	89	19	67	69
Чегдомынское	153		472	51		151	33		117
Лучегорское (Бикинское)	47	334	299	21	89	90	10	70	54

 

 

Таблица 5.3. Сопоставление  выбросов в окружающую среду  
основных изотопов на примере трех АЭС (данные за 2010 г.).

Радионуклид	Нововоронежская		Белоярская		Ленинградская
	Всего	На 1 ГВт.ч	Всего	На 1 ГВт.ч	Всего	На 1 ГВт.ч
СУММА ИРГ	4.2.1013	3.57.1012	5.47.1012	1.39.1012	2.29.1014	8.31.1012
131I	2.2.108	1.87.107	−	−	−	−
60Co	2.0.108	1.70.107	3.20.105	8.14.104	2.50.108	9.07.106
134Cs	8.6.107	7.31.106	−	−	1.79.107	6.50.105
137Cs	1.3.108	1.10.107	1.4.107	3.56.106	4.40.107	1.60.106

 

 

Рис. 5.24. Средние значения удельной активности радионуклидов ⁴⁰К, ²²⁶Ra, ²³²Th: а) в углях различных месторождений: 1– среднемировые концентрации; 2 – Интинское; 3 – Воркутинское; 4 – Кузнецкое; 5 – Хакасское; 6 – Райчихинское; 7 – Нерюнгринское; 8 – Ургальское; 9 – Харанорское;  
10 – Чегдомынское; 11 – Лучегорское; b) в угле Интинского месторождения и продуктах его сжигания

 

 

 

 

 

 

 

Таблица 5.4. Среднегодовые  выбросы радионуклидов тепловой станции.

 

 

Радио  нуклид	Бк/ГВт·ч	Период полураспада
220Rn	4.07·109	55.6 с
222Rn	8.14·109	3.8 сут
238U	5.55·107	4.5 млрд. лет
234U	5.55·107	245 тыс. лет
226Ra	4.44·107	1600 лет
218Po	1.41·108	3 мин
214Pb	1.41·108	27 мин
214Po	1.41·108	0.00016 с
2l0Pb	1.41·108	22 года
2I0Po	1.41·108	138 сут
216Po	8.88·1078	0.15 с
212Pb	8.88·107	11 час
40K	1.96·108	1.3 млрд. лет