ЭКОЛОГИЯ ЧАСТЬ 2
При малых дозах облучения она также
способствует загару, активизирует обмен веществ, улучшает
общее состояние человека; однако при больших дозах (особенно
при пиках X = 297, 240—260 нм) вызывает тяжелые последствия
— солнечные ожоги и ряд иных расстройств вплоть до
фотоканцерогенеза — возникновения злокачественных новообразований
в коже (меланомы и саркомы).
Область УФИ-С. Ультрафиолетовое излучение в этой области
особенно вредно. Оно активно воздействует на нуклеиновые
кислоты и белки, умерщвляет живые клетки, обладает
выраженным бактерицидным действием.
В спектре солнечного света, достигающего поверхности
Земли, наряду с видимым светом и инфракрасным излучением
присутствует только УФИ-А и сильно ослабленное УФИ-В. Излучение
в диапазоне УФИ-В задерживается озоном, в диапазоне
УФИ-С — кислородом, а в диапазоне дальнего УФИ —
и иными газами. Происходит это следующим образом.
Одним из важнейших процессов, протекающих в верхних
слоях атмосферы, является диссоциация 02 с образованием
атомарного кислорода:
02 + hv -> О + О
Такая реакция требует много энергии, ибо энергия связи
кислород—кислород в молекуле составляет 498 кДж/моль.
Получение необходимого количества энергии возможно либо
1 Дальнее (жесткое) УФИ является сильным мутагенным фактором
для живого, так как воздействует непосредственно на нуклеиновые кислоты
и косвенно на белки.
7.2. Геосферные оболочки Земли 215
100
Со, %
Рис. 7.6. Распределение кислорода
в молекулярной и атомарной формах
по высоте атмосферы
(по Ю. И. Скурлатову, Г. Г. Дуке,
А. Мизити)
за счет ультрафиолетового излучения,
либо в дуге электрического
разряда. Вследствие
этой реакции в атмосфере, начиная
с высоты 100 км, кислород
находится как в молекулярной,
так и в атомарной
формах (рис. 7.6).
На высоте около 130 км
содержание 02 и О одинаково,
а на высотах более 200 км
присутствует практически
только атомарный кислород.
Поступающая из космоса
радиация проходит через верхние
слои атмосферы, встречает
присутствующие там газы,
и наиболее коротковолновая
часть излучения вызывает
их ионизацию, описываемую уравнениями:
Таким образом, в процессе приближения к поверхности
Земли до расстояния 90 км большая часть коротковолнового
излучения оказывается поглощенной, однако излучение, способное
вызвать диссоциацию молекулярного кислорода 0 2 , остается
еще достаточно интенсивным. На высотах 30—50 км
взаимодействие атомарного кислорода с молекулярным приводит
к образованию озона:
На меньших высотах скорость образования озона Оэ увеличивается
пропорционально соотношению концентраций газов
и уменьшается из-за поглощения света с X < 240 нм, что определяет
наличие максимума содержания озона на высотах около
25 км (рис. 7.7).
1 М — «третье» тело (еще одна молекула 0 2 , N2 , аэрозоли и др.), стабилизирующее
синтезирующийся 03 , снимая с него избыточную энергию.
Подробнее смотри специальную литературу.
216 Глава 7. БИОСФЕРА
20 40 60 80 Н, км
Рис. 7.7. Распределение озона в атмосфере
В стратосфере озон наряду с прочими процессами поглощает
солнечное излучение с X < ИЗО нм, а излучение с X < 320 нм
разлагает его наиболее интенсивно:
0 3 + hv (< 320 нм) -> 0 2 + О
Иными атмосферными газами излучение этого диапазона
поглощается менее интенсивно.
Общее количество озона в атмосфере оценивается всего
в 3,3 • 109 т. Если бы удалось собрать весь озон атмосферы около
поверхности Земли при нормальном давлении (760 мм рт. ст.)
и температуре (+20 °С), то получился бы слой (сферическая
оболочка) толщиной всего 2,5—3 мм. Такова распространенная
теоретическая модель, вызывающая, к сожалению, неверное
представление о строении «защитного экрана» биосферы.
Реально в атмосфере никакого «отдельного» слоя озона
нет. Это лишь название достаточно широкой области,
где концентрация озона максимальна.
Пик содержания озона приходится на высоты 20—30 км
(иногда выделяют диапазон 15—50 км) над уровнем моря
(рис. 7.7). Считают, что нижняя граница озоносферы лежит
над полюсами на высоте 7—8 км, а над экватором — на высоте
17—18 км. У поверхности Земли, где озон образуется преимущественно
во время грозовых разрядов, его средняя концентрация
почти в 10 раз ниже пиковой.
7.2. Геосферные оболочки Земли 217
7.2.2.4. Пыле- и газообразные загрязнения
в атмосфере
Атмосферный воздух нашей планеты также содержит
разнообразные загрязнения как естественные (природные),
так и искусственные (антропогенные).
К природным источникам относят вулканы, пыльные бури,
космическую пыль. Атмосфера загрязняется продуктами
выветривания горных пород, частицами почв, пеплом, солью
(в результате разбрызгивания и испарения морской воды),
микроорганизмами. Важный источник естественного загрязнения
— прижизненные выделения растений, животных
и микроорганизмов. Естественное загрязнение атмосферы бывает
чаще всего периодическим и обычно не токсично.
Большое количество различных газов и паров поступает
в атмосферу из действующих вулканов, гейзеров, геотермальных
и других подземных источников. При извержении вулканов
выделяются диоксид углерода, сероводород, сернистый
газ, соединения фтора и хлора, а при спокойном состоянии —
сероводород, метан, диоксид углерода. Общее количество выбрасываемых
геотермальными источниками оксидов углерода
и серы приравнивается к выбросам тепловых электростанций.
Источники антропогенного загрязнения атмосферы — различные
предприятия промышленности, транспорта, энергетики,
коммунального хозяйства и т. п. Загрязняющие атмосферу
вещества попадают в воздух в результате сжигания топлива
непосредственно из бензо- и газохранилищ, при авариях и т. д.
Атмосферные загрязнители делят на п е р в и ч н ы е , поступающие
непосредственно в атмосферу, и в т о р и ч н ы е ,
являющиеся результатом превращений последних. Так, поступающий
в атмосферу оксид серы (IV) (S02) окисляется до оксида
серы (VI) (S03), который активно взаимодействует с водой,
образуя капельки серной кислоты (H2S04). Аналогичным
образом в результате химических, фотохимических и физико-
химических реакций между первичными загрязнителями
и компонентами атмосферы образуются вторичные загрязнители.
7.2.2.5. Ионизирующие излучения
Экологически значимая характеристика атмосферы —
присутствие в ней ионизирующих излучений, мощность которых
меняется в зависимости от географического положения
218 Глава 7. БИОСФЕРА
и высоты над уровнем моря (см. разд. 3.1.1). Естественными
источниками ионизирующих излучений являются космическое
пространство, а также сосредоточенные в земной коре радиоактивные
нуклиды урана, тория и актиния, выделяющие
в процессе распада в атмосферу изотопы радона. Половину годовой
индивидуальной эффективной дозы1 облучения от земных
источников радиации человек получает от невидимого,
не имеющего вкуса и запаха тяжелого газа радона.
В природе радон встречается в двух основных изотопах:
радон-222, член радиоактивного ряда, образуемого продуктами
распада урана-238, и радон-220, член радиоактивного ряда
тория-232. Радон в 7,5 раз тяжелее воздуха и является альфа-
радиоактивным. Период полураспада радона-222 равен
3,8 сут. После а-распада ядро радона превращается в ядро полония.
Заканчивается ряд стабильным изотопом свинца.
Основную часть дозы облучения от радона человек получает,
находясь в закрытых, непроветриваемых помещениях. Ро-
дон может проникать сквозь трещины в фундаменте, через пол
из земли и накапливаться в основном в нижних этажах жилых
зданий. Одним из источников радона могут быть конструкционные
материалы, используемые в строительстве. К ним в первую
очередь относятся такие материалы, как гранит, пемза,
глинозем.
По мере подъема над поверхностью Земли (с удалением
от источника) интенсивность облучения ионизирующими излучениями
от земных источников постепенно уменьшается.
Другой естественный источник ионизирующего излучения
— космос. Из него на Землю поступают космические лучи,
представленные потоками высокоэнергетических протонов (примерно
90%), ядер атомов гелия (около 9%), нейтронов, электронов
и ядер легких элементов (1%). Однако Земля имеет за-
1 В соответствии с нормами радиационной безопасности (НРБ-99) доза
эффективная (эквивалентная) годовая — это количество энергии
ионизирующих излучений, поглощенных организмом человека за год,
с учетом радиочувствительности к соответствующим видам излучения как
всего тела, так и его отдельных органов и тканей. Она (доза) равняется
сумме эффективной (эквивалентной) дозы внешнего облучения, полученной
за календарный год, и ожидаемой эффективной (эквивалентной) дозы
внутреннего облучения, обусловленной поступлением радионуклидов
внутрь организма за тот же год.
способствует загару, активизирует обмен веществ, улучшает
общее состояние человека; однако при больших дозах (особенно
при пиках X = 297, 240—260 нм) вызывает тяжелые последствия
— солнечные ожоги и ряд иных расстройств вплоть до
фотоканцерогенеза — возникновения злокачественных новообразований
в коже (меланомы и саркомы).
Область УФИ-С. Ультрафиолетовое излучение в этой области
особенно вредно. Оно активно воздействует на нуклеиновые
кислоты и белки, умерщвляет живые клетки, обладает
выраженным бактерицидным действием.
В спектре солнечного света, достигающего поверхности
Земли, наряду с видимым светом и инфракрасным излучением
присутствует только УФИ-А и сильно ослабленное УФИ-В. Излучение
в диапазоне УФИ-В задерживается озоном, в диапазоне
УФИ-С — кислородом, а в диапазоне дальнего УФИ —
и иными газами. Происходит это следующим образом.
Одним из важнейших процессов, протекающих в верхних
слоях атмосферы, является диссоциация 02 с образованием
атомарного кислорода:
02 + hv -> О + О
Такая реакция требует много энергии, ибо энергия связи
кислород—кислород в молекуле составляет 498 кДж/моль.
Получение необходимого количества энергии возможно либо
1 Дальнее (жесткое) УФИ является сильным мутагенным фактором
для живого, так как воздействует непосредственно на нуклеиновые кислоты
и косвенно на белки.
7.2. Геосферные оболочки Земли 215
100
Со, %
Рис. 7.6. Распределение кислорода
в молекулярной и атомарной формах
по высоте атмосферы
(по Ю. И. Скурлатову, Г. Г. Дуке,
А. Мизити)
за счет ультрафиолетового излучения,
либо в дуге электрического
разряда. Вследствие
этой реакции в атмосфере, начиная
с высоты 100 км, кислород
находится как в молекулярной,
так и в атомарной
формах (рис. 7.6).
На высоте около 130 км
содержание 02 и О одинаково,
а на высотах более 200 км
присутствует практически
только атомарный кислород.
Поступающая из космоса
радиация проходит через верхние
слои атмосферы, встречает
присутствующие там газы,
и наиболее коротковолновая
часть излучения вызывает
их ионизацию, описываемую уравнениями:
Таким образом, в процессе приближения к поверхности
Земли до расстояния 90 км большая часть коротковолнового
излучения оказывается поглощенной, однако излучение, способное
вызвать диссоциацию молекулярного кислорода 0 2 , остается
еще достаточно интенсивным. На высотах 30—50 км
взаимодействие атомарного кислорода с молекулярным приводит
к образованию озона:
На меньших высотах скорость образования озона Оэ увеличивается
пропорционально соотношению концентраций газов
и уменьшается из-за поглощения света с X < 240 нм, что определяет
наличие максимума содержания озона на высотах около
25 км (рис. 7.7).
1 М — «третье» тело (еще одна молекула 0 2 , N2 , аэрозоли и др.), стабилизирующее
синтезирующийся 03 , снимая с него избыточную энергию.
Подробнее смотри специальную литературу.
216 Глава 7. БИОСФЕРА
20 40 60 80 Н, км
Рис. 7.7. Распределение озона в атмосфере
В стратосфере озон наряду с прочими процессами поглощает
солнечное излучение с X < ИЗО нм, а излучение с X < 320 нм
разлагает его наиболее интенсивно:
0 3 + hv (< 320 нм) -> 0 2 + О
Иными атмосферными газами излучение этого диапазона
поглощается менее интенсивно.
Общее количество озона в атмосфере оценивается всего
в 3,3 • 109 т. Если бы удалось собрать весь озон атмосферы около
поверхности Земли при нормальном давлении (760 мм рт. ст.)
и температуре (+20 °С), то получился бы слой (сферическая
оболочка) толщиной всего 2,5—3 мм. Такова распространенная
теоретическая модель, вызывающая, к сожалению, неверное
представление о строении «защитного экрана» биосферы.
Реально в атмосфере никакого «отдельного» слоя озона
нет. Это лишь название достаточно широкой области,
где концентрация озона максимальна.
Пик содержания озона приходится на высоты 20—30 км
(иногда выделяют диапазон 15—50 км) над уровнем моря
(рис. 7.7). Считают, что нижняя граница озоносферы лежит
над полюсами на высоте 7—8 км, а над экватором — на высоте
17—18 км. У поверхности Земли, где озон образуется преимущественно
во время грозовых разрядов, его средняя концентрация
почти в 10 раз ниже пиковой.
7.2. Геосферные оболочки Земли 217
7.2.2.4. Пыле- и газообразные загрязнения
в атмосфере
Атмосферный воздух нашей планеты также содержит
разнообразные загрязнения как естественные (природные),
так и искусственные (антропогенные).
К природным источникам относят вулканы, пыльные бури,
космическую пыль. Атмосфера загрязняется продуктами
выветривания горных пород, частицами почв, пеплом, солью
(в результате разбрызгивания и испарения морской воды),
микроорганизмами. Важный источник естественного загрязнения
— прижизненные выделения растений, животных
и микроорганизмов. Естественное загрязнение атмосферы бывает
чаще всего периодическим и обычно не токсично.
Большое количество различных газов и паров поступает
в атмосферу из действующих вулканов, гейзеров, геотермальных
и других подземных источников. При извержении вулканов
выделяются диоксид углерода, сероводород, сернистый
газ, соединения фтора и хлора, а при спокойном состоянии —
сероводород, метан, диоксид углерода. Общее количество выбрасываемых
геотермальными источниками оксидов углерода
и серы приравнивается к выбросам тепловых электростанций.
Источники антропогенного загрязнения атмосферы — различные
предприятия промышленности, транспорта, энергетики,
коммунального хозяйства и т. п. Загрязняющие атмосферу
вещества попадают в воздух в результате сжигания топлива
непосредственно из бензо- и газохранилищ, при авариях и т. д.
Атмосферные загрязнители делят на п е р в и ч н ы е , поступающие
непосредственно в атмосферу, и в т о р и ч н ы е ,
являющиеся результатом превращений последних. Так, поступающий
в атмосферу оксид серы (IV) (S02) окисляется до оксида
серы (VI) (S03), который активно взаимодействует с водой,
образуя капельки серной кислоты (H2S04). Аналогичным
образом в результате химических, фотохимических и физико-
химических реакций между первичными загрязнителями
и компонентами атмосферы образуются вторичные загрязнители.
7.2.2.5. Ионизирующие излучения
Экологически значимая характеристика атмосферы —
присутствие в ней ионизирующих излучений, мощность которых
меняется в зависимости от географического положения
218 Глава 7. БИОСФЕРА
и высоты над уровнем моря (см. разд. 3.1.1). Естественными
источниками ионизирующих излучений являются космическое
пространство, а также сосредоточенные в земной коре радиоактивные
нуклиды урана, тория и актиния, выделяющие
в процессе распада в атмосферу изотопы радона. Половину годовой
индивидуальной эффективной дозы1 облучения от земных
источников радиации человек получает от невидимого,
не имеющего вкуса и запаха тяжелого газа радона.
В природе радон встречается в двух основных изотопах:
радон-222, член радиоактивного ряда, образуемого продуктами
распада урана-238, и радон-220, член радиоактивного ряда
тория-232. Радон в 7,5 раз тяжелее воздуха и является альфа-
радиоактивным. Период полураспада радона-222 равен
3,8 сут. После а-распада ядро радона превращается в ядро полония.
Заканчивается ряд стабильным изотопом свинца.
Основную часть дозы облучения от радона человек получает,
находясь в закрытых, непроветриваемых помещениях. Ро-
дон может проникать сквозь трещины в фундаменте, через пол
из земли и накапливаться в основном в нижних этажах жилых
зданий. Одним из источников радона могут быть конструкционные
материалы, используемые в строительстве. К ним в первую
очередь относятся такие материалы, как гранит, пемза,
глинозем.
По мере подъема над поверхностью Земли (с удалением
от источника) интенсивность облучения ионизирующими излучениями
от земных источников постепенно уменьшается.
Другой естественный источник ионизирующего излучения
— космос. Из него на Землю поступают космические лучи,
представленные потоками высокоэнергетических протонов (примерно
90%), ядер атомов гелия (около 9%), нейтронов, электронов
и ядер легких элементов (1%). Однако Земля имеет за-
1 В соответствии с нормами радиационной безопасности (НРБ-99) доза
эффективная (эквивалентная) годовая — это количество энергии
ионизирующих излучений, поглощенных организмом человека за год,
с учетом радиочувствительности к соответствующим видам излучения как
всего тела, так и его отдельных органов и тканей. Она (доза) равняется
сумме эффективной (эквивалентной) дозы внешнего облучения, полученной
за календарный год, и ожидаемой эффективной (эквивалентной) дозы
внутреннего облучения, обусловленной поступлением радионуклидов
внутрь организма за тот же год.