Загрязнение и здоровье окружающей среды

отходов должны быть большие, хорошо спроектированные и эффективно

управляемые земляные насыпи для удаления твердых отходов.

Если мы хотим пойти по разумному пути, предоставив природе значительную

часть работы по удалению отходов, то следует оставлять обширные

пространства суши и воды незанятыми, что, как уже указывалось, представляет

собой одновременно одну из лучших мер предотвращения «переразвития». Так,

новые станции очистки нельзя строить по берегам рек или посреди

перенаселенных районов, а следует размещать среди природных территорий,

достаточно обширных для переработки разрушаемых отходов и для захоронения

очень опасных отбросов (таких, как радиоактивные загрязнения, кислоты и т.

п.), которые никогда не должны попадать в общую среду обитания.

[pic]

Фиг. 219. Схема зоны обработки отходов для будущей атомной электростанции

(а), расположенной в естественном водосборном бассейне (очерчен пунктиром).

Тепловые отходы (т. с. тепловое загрязнение) — вода, используемая для

охлаждения реактора (б), вытекают из большого накопительного бассейна в и

полностью рассеиваются, испаряясь из сети мелких прудов н систем

дождевальных установок. Теплые пруды можно использовать для разведения

рыбы, спортивного рыболовства и других видов отдыха и развлечений. Орошение

наземных участков водосборного бассейна повышает урожай полезных лесных и

сельскохозяйственных продуктов; в то же время пода, пройдя через наземные

«живые фильтры», вновь стекает в реки, пруды и попадает в грунт.

Слабоактивные и твердые отходы захороняются на специальных участках (г).

Высокоактивные отходы отработанного ядерного горючего вывозятся в

специальные места захоронения радиоактивных отходов, расположенные вне

данной зоны. Состав речных и грунтовых вод и газов из дымовых труб

непрерывно регистрируется у плотин id], в специальных скважинах (е) и при

помощи специальных установок в трубах. Благодаря такому контролю не

допускается утечка загрязнений из зоны. Эта система имеет следующие

основные входы и выходы (пронумерованные стрелки по краям схемы): / —

поступление солнечного света и атмосферных осадков; 2 — выход радиоактивных

отходов в захоронения; 3 — электроэнергия в города и т. п.; 4 — вход

ядерного и прочего горючего; 5 — выход пищевых продуктов, волокна, чистого

воздуха и т. п.; 6 ~ сток чистой воды для сельского хозяйства,

промышленности и городов; 7 — использование для отдыха, а также для

обучения и научных исследований. Площадь такой зоны обработки отходов'

зависит от климата и рельефа местности, а также от электрических и других

силовых установок, требующих охлаждения. Минимальная площадь, необходимая

для 100%-ной переработки отходов (загрязнений), с учетом возможных аварий И

механических поломок составит 400 га на электростанцию мощностью 2500 МВт.

В зоне обработки отходов такой емкости можно было бы разместить также

предприятия легкой промышленности. Предприятия тяжелой промышленности

следует размещать в пределах собственной зоны обработки отходов.

В прошлом при проектировании городов предусматривали подходящее

пространство площадью 20—40 га для зоны обработки отходов. Крупному

промышленному комплексу для собственной установки по переработке отходов

может потребоваться от 400 до 4000 га (см. подписи к фиг. 218 и 219).

Восстановленная вода и извлеченные из отходов полезные материалы с избытком

покроют стоимость земельного участка. Отделение промышленных предприятий и

аэропортов от жилых районов целесообразно также потому, что при этом

уменьшается шум. Самыми большими препятствиями для такого рода

«проектирования с природой» являются

разного рода правовые, экономические и политические препятствия. Если

владельцы промышленных предприятий и местные власти не разрабатывают (или

не могут этого делать из-за неадекватного законодательства) перспективных

планов, то людям придется все чаще прибегать к самому дорогому и технически

сложному третьему способу — искусственной переработке.

Для некоторых типов отходов, особенно в густонаселенных промышленных

районах, необходимы, конечно, абиотическая обработка и восстановление.

Механическая обработка представляет собой, вероятно, единственный способ

избавления от некоторых компонентов загрязнения воздуха, которые необходимо

задерживать (или сокращать их количество) у самого их источника. Если же

это технически невозможно, то следует найти замену порождающим эти

загрязнения процессам, потому что, как уже указывалось, очень скоро мы

окажемся не в состоянии выдержать все последствия загрязнения. Если нас

загонят в угол и мы будем вынуждены обратиться к дорогостоящей

искусственной переработке отходов, подобной применяемой для ядовитых

веществ, то кто будет оплачивать все связанные с этим расходы?

Фиг. 220. Обратимость антропогенной эвтрофикации в Каховском водохранилище.

Цифры 5—7 вверху относятся к следующим событиям: / — восемь разных

канализационных систем сбрасывают в водохранилище сточные воды; 2 — первое

заметное цветение нежелательных водорослей (Oscillatoria); 3 — впервые

отмечено летнее уменьшение кислорода в придонном слое (гиполимнионе); 4 —

проведение первого правительственного законопроекта о сточных водах (I960

г); 5 — первый этап отведения стоков от озера (1963 г.); б — второй этап

отведения стоков (196.1 г')- 7 — отведены все сточные воды (1967 г.).

Кривые отражают изменения 4 показателей: / — прозрачность- II — фосфатный

фосфор; /// — разнообразие диатомовых водорослей. IV —состав диатомовых

водорослей (% эвтрофических форм). Дальнейшие пояснения — в тексте.

Для космических кораблей созданы изощреннейшие системы механической

переработки отходов и регенерации воздуха и воды, но стоимость таких

установок совершенно фантастична. Закончим мы этот раздел на

оптимистической ноте. История Каховского водохранилища— крупного водоема,

вокруг которого расположился город Запорожье со своими пригородами, —

служит хорошей демонстрацией того, как можно перебороть тенденцию на

снижение качества воды, подойдя к этой проблеме с широких позиций и

объединив усилия города, области и страны. Изменение четырех показателей

качества воды Каховского водохранилища за период с 1970 по 2000 г. показано

на фиг. 220. Два из этих показателей представляют собой важные физические

характеристики воды, а два других относятся к разнообразию и составу

диатомовых водорослей, входящих в фитопланктон (т. е. это показатели

сообщества). В 80-х годах заводы стали сбрасывать в водоём все

увеличивающееся количество сточных вод, подвергнутых вторичной (неполной)

обработке, что привело к усилению антропогенной эвтрофикации (т. е.

обогащению воды биогенными веществами). Цветение водорослей и снижение

содержания кислорода в гиполимнионе послужили сигналом опасности и

привлекли внимание широкой общественности. В результате принятых мер в 1990

г. около трети стоков отвели от водохранилища, а к 1998 г. были отведены

почти все стоки. Как показывает фиг. 220, восстановление качества воды в

водоёме выглядит чрезвычайно эффектно: все четыре показателя резко

изменились. Учёные полагают, что за несколько лет водохранилище вернется к

состоянию по меньшей мере 1970 года. Хотя в водоёме еще имеется много

фосфатов и других биогенных веществ, они захороняются в осадках и таким

образом исключаются из годового биогеохимического цикла. Важный аспект

этого примера успешной ликвидации загрязнения состоит в том, что лимнологи

Украины в течение многих лет проводили на озере фундаментальные

исследования; поэтому тенденции и их причины были тщательно

документированы. Если бы этих данных не было, то контрмеры могли бы

начаться тогда, когда было бы уже слишком поздно (обратите внимание на

резкое возрастание скорости ухудшения показателей между 1980 и 1983 г.,

которые указывают, что водохранилище следовало «спасать» именно в это

время).

Наконец, следует отметить, что способ, использованный для снижения

загрязнения Каховского водохранилища, нельзя считать оптимальным: его

спасли, отведя стоки в более крупный водоем — залив Азовского моря.

Подлинное решение проблемы — это окончательная (полная) обработка отходов.

Вряд ли нужно откладывать это решение до тех пор, когда человечество

погубит океан. Как отметили учёные, пример с Каховским водохранилищем

показывает, что антропогенная эвтрофикация может быть обратимой.

РЕГИСТРАЦИЯ И КОНТРОЛЬ ЗАГРЯЗНЕНИЯ

Успех мероприятий по уменьшению загрязнений зависит, конечно, не только от

обработки и контроля, но также от эффективной регистрации и контроля

(мониторинга) общего состояния окружающей среды, так чтобы мы точно знали,

когда и где необходимо принять меры и какие именно. Контроль осуществляется

в двух основных формах: 1) прямое измерение концентрации загрязнителей или

ключевых веществ, таких, как кислород, содержание которых при загрязнении

уменьшается; 2) использование биологических показателей, которые могут быть

очень разными — от микробиологических методов и измерений ВПК до

индикаторов для целых сообществ.

В качестве примера контроля первого типа можно указать на непрерывную

регистрацию загрязнения воздуха над большими городами Украины. Сейчас это

осуществляется при помощи датчиков, смонтированных на самолете, которые

ежедневно измеряют и регистрируют концентрации SCb, NO2, CO и других

загрязнителей над большой областью. Во многих городах показатели

загрязнения воздуха входят в сводки 'погоды. Уже отмечалась необходимость

контроля содержания в атмосфере двуокиси углерода в глобальном масштабе.

Биологические показатели широко используются для контроля загрязнения воды.

В дополнение к показателям разнообразия и обычным индикаторным видам (фиг.

221) существует много полезных показателей функционирования сообщества,

например: отношение P к 'пороговой интенсивности (/о); за этот

порог .принимается интенсивность, соответствующая звуковому давлению в

0,0002 мкбар пространство, которое необходимо для обеспечения повседневных

зона черники и паслена; 4) угнетенный дубовый лес и 5) интактный дубово-

сосновый лес, в котором заметно некоторое угнетение роста, но нет погибших

растений.

[pic]

Фиг. 225. Влияние на дубово-сосновый лес градиента гамма-облучения от

высокоактивного неподвижного источника.

Облучение производилось в течение 2 лет по 20 ч в сутки (объяснения — в

тексте). А. Влияние длительного Y-излучения на состав растительного

сообщества. Б. Доминирующие формы в сообществе насекомых, населяющих

облученный лес.

Сходные результаты получены в других исследованиях, где лесную

растительность подвергали действию ионизирующего излучения. После

кратковременного интенсивного облучения, как у реактора без защиты в

Джорджии, деревья верхнего яруса на вид казались мертвыми и появилась

залежная растительность, состоявшая из однолетних трав и злаков. Однако в

последующие годы

(если облучение не повторяли) многие из лиственных деревьев восстановились,

дав вверх плотную поросль от корней и стволов (это говорит о том, что убиты

были только надземные части). Возник некий вариант низкоствольной

растительности, 'которая вскоре затенила всю залежную растительность.

Хотя, как мы отметили в предыдущем разделе, относительную чувствительность

разных видов высших растений можно предсказать, зная объем хромосом, другие

факторы, такие, как форма роста или взаимодействия между видами, могут

модифицировать реакцию вида в интактном сообществе. Травянистые сообщества

и ранние стадии сукцессии в общем случае более устойчивы, чем зрелые леса.

Это происходит не только потому, что у первых многие виды имеют более

мелкие ядра, но также и потому, что у них гораздо меньше «незащищенной»

биомассы над грунтом; к тому же мелкие травянистые растения

восстанавливаются гораздо быстрее, прорастая из семян или из защищенных

подземных частей (фиг. 178). Следовательно, такие признаки сообщества, как

биомасса и разнообразие, играют роль в восприимчивости к облучению

совершенно независимо от объема хромосом у отдельных видов.

Как и при всех других типах стресса, радиационный стресс вызывает

уменьшение видового разнообразия. В другом эксперименте, проведенном в

Брукхейвене, на залежную растительность действовали дозой 1000 рад в день.

Продукция сухого вещества в облученном сообществе оказалась выше, чем в

необлученном контроле, но видовое разнообразие катастрофически понизилось.

Вместо обычной смеси многих видов разнотравья и злаков на облученной залежи

вырос почти чистый травостой Panicum sanguinale (это, вероятно, не удивило

бы горожан, которые борются с этой травой на своих газонах!).

СУДЬБА РАДИОАКТИВНЫХ ИЗОТОПОВ В ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЕ

Попадая в окружающую среду, радиоактивные изотопы достаточно часто

рассеиваются и разбавляются, но они .могут также различными способами

накапливаться в живых организмах и при продвижении по пищевой цепи. Эти

способы мы ранее объединили под рубрикой «Биологическое накопление» (см.

стр. 99—100). Если скорость поступления радиоактивных веществ выше скорости

их распада, то они могут просто накапливаться в воде, почве, осадках или

воздухе. Иными словами, мы можем поставлять «природе», казалось бы,

безобидное количество радиоактивности и получать ее обратно летальными

порциями!

Отношение содержания некоторого радиоактивного изотопа в организме к

содержанию его в окружающей среде часто называют коэффициентом накопления.

В химическом отношении радиоактивные изотопы ведут себя по существу так же,

как и нерадиоактивный изотоп того же элемента. Таким образом, накопление

радиоактивного изотопа в организме не связано с его радиоактивностью, но

просто демонстрирует в измеримой форме разницу концентраций данного

элемента в среде и в организме. Некоторые из самых ранних данных о

коэффициентах накопления в водных и наземных пищевых цепях были получены на

Ханфордском заводе Комиссией по атомной энергии на реке Колумбия, на

востоке штата Вашингтон (Фостер и Ростенбах, 1954; Хенсон и Корн-берг,

1956; Девис и Фостер, 1958). Следовые количества искусственно полученных

радиоактивных изотопов (32Р и т. п.) и продуктов деления (s°Sr, 137Cs, 1311

и т. п.) попадали в реку, пруды для накапливания отходов и в воздух.

[pic]

Фиг. 226. Накопление стронцня-90 в разных частях сети питания одного

небольшого канадского озера, получающего низкоактивпые отходы. Цифры,

указывают средние коэффициенты накопления относительно озерной

воды, коэффициент накопления которой принят за единицу.

Концентрация фосфора в реке Колумбия была очень низкая, всего около

0,00003 мг на 1 г воды (т. е. 0,003: Ш3), но его концентрация в желтке яиц

уток и гусей, получавших пищу из реки, составляла около 6 мг/г. Таким

образом, 1 г яичного желтка содержит в 9-10е раз больше фосфора, чем 1 г

речной воды. Мы не ожидали такого высокого коэффициента накопления

радиоактивного фосфора, так как по мере его прохождения по пищевой цепи к

яйцу должен был происходить распад (у этого изотопа короткий период

полураспада), в результате которого его количество должно было уменьшиться.

Такие высокие коэффициенты накопления, как 1 500 000, отмечаются редко, в

среднем они ниже {около 200000) (Хенсон и Корнберг, 1956). Установлены

коэффициенты накопления и для некоторых других изотопов: 250 для цезия-137

в мышечной ткани и 500 для стронция-90 в костях водоплавающих птиц (по

отношению к концентрации этих изотопов в прудах для отходов, где кормились

эти птицы). Концентрация радиоактивного иода в щитовидной железе зайца в

500 раз выше, чем в растущих другом растениях, которые в свою очередь

накапливают этот изотоп, выбрасываемый в воздух из труб атомной станции. На

фиг. 226 приведены коэффициенты накопления стронция-90 в разных звеньях

водной сети питания вблизи другой атомной электростанции.

Радиоактивность не влияет на поглощение данного изотопа живой системой,

однако после того, как изотоп попал в организм, он, конечно, оказывает

вредное воздействие на активные ткани. Поэтому при установлении

«максимальных допустимых уровней» выброса изотопов в окружающую среду

следует делать поправку на «экологическое накопление». Очевидно, следует

остерегаться тех изотопов, которые имеют тенденцию накапливаться в

определенных тканях (как иод в щитовидной железе или стронций в костях), а

также тех, которые обладают высокой активностью и длительным периодом

полураспада. Кроме того, создается впечатление, что коэффициенты накопления

выше в малокормных местообитаниях, чем в кормных. В общем следует ожидать

больших тенденций к накоплению в водных экосистемах, чем в наземных, так

как потоки питательных веществ в «жидкой» водной среде более интенсивны,

[pic]

Фиг. 227. Применение радиоактивных меток для составления схем пищевых цепей

в интактных природных сообществах.

А. Введение метки в отдельное растение при помощи небольшого прокола на

стебле. Б. Поглощение метки на разных трофических уровнях. / ~-питающиеся

нектаром; // — травоядные; /// — растения; IV — детритофаги; V — хищники.

В. Схема сети питания, состоящей из дпул доминирующих БИДОН растений и

потребляющих их травоядных. Дальнейшие объяснения — в. тексте.

ПРОБЛЕМА РАДИОАКТИВНЫХ ОСАДКОВ

Радиоактивную пыль, оседающую на землю после атомных взрывов, называют

радиоактивными осадками. Эта пыль смешивается и взаимодействует с атмосфере

с частицами естественного происхождения и со все возрастающими

искусственными загрязнениями воздуха. Характер радиоактивных осадков

зависит) от типа бомбы. Прежде всего надо четко различать два типа ядерного

оружия; 1) в атомной бомбе происходит расщепление тяжелых элементов,

например урана или плутония, сопровождающееся выделением энергии и

радиоактивных «продуктов распада»; в водородной бомбе, представляющей собой

термоядерное оружие, легкие элементы (дейтерий) соединяются, образуя более

тяжелые элементы; при этом освобождается анергия и выделяются нейтроны. Так

как для термоядерной реакции необходима очень высокая температура (миллионы

градусов), то-реакция деления используется для «запуска» реакции Синтеза. В

общем на единицу высвобождаемой энергии термоядерное оружие образует меньше

продуктов распада и больше нейтронов (создающих наведенную радиоактивность

в окружающей среде), чем атомное оружие. Остаточное излучение, часть

которого широко рассеивается в биосфере и оставляет около 10% энергии

ядерного оружия. Количество образующихся радиоактивных осадков зависит не

только от типа и размера бомбы, но и от количества постороннего материала,

вовлеченного во взрыв.

Осадки, образующиеся при атомных взрывах, отличаются от радиоактивных

отходов тем, что порожденные взрывом радиоактивные изотопы соединяются с

железом, кремнием, пылью и всем, что оказывается поблизости, в результате

чего получаются относительно нерастворимые частицы. Размеры этих частиц,

часто напоминающих под микроскопом крошечные мраморные шарики разных

цветов, варьируют от нескольких сот микрон до почти коллоидных размеров.

Самые мелкие из них плотно прилипают к листьям растений, вызывая

радиоактивные повреждения ткани листа; если такие листья съедает какое-либо

растительноядное животное, радиоактивные частицы растворяются в его

пищеварительных соках. Таким образом, эта разновидность осадков может

непосредственно включиться в пищевую цепь на трофическом уровне

растительноядных, или первичных, констументов.

Радиоактивные осадки от небольших атомных бомб или ядерных взрывов,

произведенных в мирных целях (строительство портов, каналов или вскрышные

работы), ложатся на землю в виде узкой прямой полосы по направлению ветра,

но некоторые мельчайшие частицы могут уноситься на большие расстояния и

выпадать с дождем далеко от места взрыва. Хотя общая радиоактивность

уменьшается по мере увеличения расстояния от места взрыва, уже давно было

установлено, что некоторые радиоактивные изотопы, имеющие важное

биологическое значение, особенно стронций-90, в наибольшем количестве

обнаруживаются у диких животных на расстоянии 100—150 км от эпицентра

взрыва (Нишита и Ларсон, 1957). Это объясняется тем, что у 90Sr есть. два

газообразных предшественника (90Кг—>-90Rb—>-90Sr) и он образуется

относительно нескоро после взрыва бомбы. Поэтому стронций-901 включается в

мельчайшие частицы (менее 40 мкм), которые оседают вдали от эпицентра и

легче включаются в пищевые цепи. Цезий-137 также имеет газообразных

предшественников и является существенной составной частью более легко

растворимых «дальних осадков».

При взрывах больших мощных «мегатонных» бомб, которые весьма широко

испытывались в начале 60-х годов, происходит выброс вещества в стратосферу,

что привело к глобальному заражению с выпадением осадков по всему земному

шару, которое будет продолжаться еще много .лет. Количество осадков,

выпадающих в данной области, примерно пропорционально количеству

атмосферных осадков. В Украине, например, к 1975 г. количество накопленного

стронция-90 составляло во влажных районах (например, на западе в зоне

листопадных лесов) около 80 мКи/км2, а в сухих районах ( степи ) —35

мКи/хм3.

Исследования, проведенные после испытаний ядерного оружия показали, что

радиоактивные изотопы, включающиеся в пищевые цепи в океане, достаточно

легко отличаются от включающихся в наземные пищевые цепи. В морских

организмах в больших количествах обнаружены те радиоактивные изотопы,

которые образуют прочные комплексы с органическими веществами, например

кобальт-60, железо-59, цинк-65 и мар-ганец-54 (все эти изотопы порождены

нейтронной бомбардировкой), и те, которые присутствуют в виде частиц или

коллоидов (144Се, 144Рг, S5Zr и 106Rh). В наземных растениях и животных,

напротив, находят больше всего растворимых продуктов распада, таких, как

стронций-90 и цезий-137. Так как именно в морских животных, но не в морских

растениях или наземных организмах была обнаружена наведенная активность,

накапливающаяся в детрите, можно думать, что это различие связано с

преобладанием в пищевых цепях морских экосистем фильтра-торов и организмов,

питающихся донными осадками. Это еще один пример того, что загрязнения

могут миновать первый трофический уровень и включиться непосредственно в те

звенья пищевой цепи, которые образованы животными.

Количество радиоактивных изотопов, которые включаются в пищевые цепи и в

конце концов попадают в организм человека, определяется не только тем,

сколько их выпало из воздуха (что, как уже отмечалось, непосредственно

зависит от количества атмосферных осадков), но также структурой экосистемы

и природой ее биогеохимических циклов. В общем в малокормных местообитаниях

большая доля осадков будет входить в пищевые цепи. В богатой среде высокая

скорость обмена и большая запасающая емкость почвы или донных отложений

обеспечивают такое разбавление осадков, что в растения они попадают в

относительно небольшом количестве. Подушковидная растительность тощих почв,

такая, как моховые болота, заросли вереска, сообщества на выходах гранита,

альпийские луга и тундры действует как ловушка для осадков, ускоряя их

потребление животными.

УНИЧТОЖЕНИЕ ОТХОДОВ

Несмотря на всю серьезность проблемы осадков, потенциально еще более

серьезной является проблема уничтожения отходов, образующихся при

использовании атомной энергии в мирных целях. Экологическим аспектам

уничтожения отходов не уделяется достаточного внимания, а, между тем именно

они представляют собой лимитирующий фактор для полного использования

атомной энергии. Как утверждают украинские учёные, ядерная энергия «по

существу неисчерпаема», но преградой на пути к очень широкому получению

такой энергии являются, возникающие при этом побочные воздействия на

окружающую среду. Это еще одно выражение принципа, сформулированного в гл.

16: человека лимитирует не энергия сама по себе, а последствия загрязнения,

порождаемого эксплуатацией источников энергии.

Обычно рассматривают три категории радиоактивных отходов:

1. Высокоактивные отходы. Жидкости или твердые вещества, которые необходимо

хранить, так как они слишком опасны, для того чтобы, их можно было

выбросить в биосферу. При расщеплении каждой тонны. ядерного горючего

образуется около 400 л таких высокоактивных отходов. В 1969 г. в 200

подземных контейнерах на четырех полигонах по атомной энергии США хранилось

300-106 л таких отходов. Ежегодно требуется 60 000 м3 емкостей для новых

отходов; эта цифра будет возрастать по мере увеличения производства ядерной

энергии. Среди других способов избавления от отходов рассматриваются

следующие: 1) превращение жидкостей в инертные твердые вещества (керамику)

для захоронения в глубоких геологических горизонтах; 2) хранение жидких и

твердых отходов в глубоких соляных шахтах. Проблема осложняется тем, что

высокоактивные отходы выделяют большое количество тепла, которое может

расплавить стены соляных шахт или вызвать небольшие землетрясения, если оно

выделяется в разломах определенных типов.

2. Низкоактивные отходы. Жидкости, твердые вещества и газы, обладающие

очень низкой активностью, но занимающие слишком много места, чтобы хранить

их целиком. Поэтому их приходится рассеивать в окружающей среде, но таким

образом и в таких количествах, чтобы эта радиоактивность не вызывала

ощутимого повышения фона и не концентрировалась в пищевых цепях.

3. Отходы с промежуточной активностью. Их активность достаточно высока,

чтобы вызвать местное загрязнение, но достаточно низка, чтобы можно было

отделить высокоактивные или долгоживущие компоненты, а с основной массой

обращаться как с низкоактивными отходами.

Цикл уранового горючего на электростанциях состоит из следующих фаз:

I)добыча и измельчение; 2) очистка (химические реакции);

3) обогащение (повышение относительного содержания урана-235);

4) изготовление ядерных топливных элементов;

5) загрузка ядерного топлива в реактор;

6) регенерация расщепленного горючего;

7) захоронение или другой способ хранения отходов.

Хотя большая часть радиоактивных отходов образуется в реакторе, наиболее

трудны те проблемы переработки отходов, с которыми приходится сталкиваться

при регенерации, когда продукты деления удаляются из отработанных топливных

элементов. Регенерационные установки и, места захоронения расположены в

разных местах вне собственно атомной электростанции. Это означает

постоянную опасность аварий, возможных при перевозке отработанных элементов

или высокоактивных. отходов. Отходы с низкой и промежуточной активностью

возникают также в непосредственной близости от реактора (особенно при

утечках или поломках), а также при добыче и изготовлении топлива. Таким

образом,, на всем протяжении цикла существует .постоянная угроза

радиоактивного загрязнения среды. Чтобы свести эту угрозу к минимуму, около

атомной станции должны быть отведены обширные участки земли. Необходим, в

частности, достаточно обширный участок для захоронения в грунт, так как на

каждые 1500 м3 высокоактивных отходов или на 3000 м3 отходов с низкой или

промежуточной активностью требуется примерно 0,5 га.

[pic]

Фиг. 228. Захоронение в грунт высокоактивных жидких отходов.

Показано перемещение в почвах пустыни основных изотопов.

Такие участки должны постоянно находиться под наблюдением, чтобы исключить

возможность заражения поверхностных и грунтовых вод н воздуха (фиг. 228).

Позже мы рассмотрим требования к суше и воде в месте расположения атомной

станции и пере-' работки ее отходов.

До тех пор пока делящиеся материалы (уран, торий, плутоний и др.) будут

использоваться в качестве источника энергии, факторами, лимитирующими

использование теоретически «неисчерпаемых» источников атомной энергии,

будут оставаться большие количества отходов от продуктов деления (те же

самые радиоактивные изотопы, которые присутствуют в осадках) плюс следовые

количества расщепляемых материалов. Будет накапливаться очень много

«мегакюри» радиоактивных изотопов с большими периодами полураспада.

Ожидается, что используемые сейчас реакторы в ближайшие 15—20 лет будут

заменены реакторами-размножителями, в которых при каталитическом сжигании

урана-238, тория-232 и, может быть, лития-6 будет происходить

самовосстановление делящихся материалов. При этом значительно снизятся

потребности в горючем, но это не решит проблемы уничтожения отходов.

Предполагается, что когда-нибудь станет возможным использование энергии

синтеза. С продуктами деления тогда было бы покончено, но, увеличилось бы

количество веществ с наведенной активностью, в частности трития, который

мог бы загрязнить гидрологический цикл в глобальном масштабе. Паркер (1968)

подсчитал, что «если бы все атомные станции работали на реакции

термоядерного синтеза, то в результате образовавшегося в энергетике трития

доза загрязнения для всего земного шара к 2000 г. достигла бы недопустимого

уровня!» Дополнительное обсуждение проблемы радиоактивных отходов.

Если бы радиоактивные отходы не лимитировали использования атомной энергии,

то лимитирующим фактором стали бы тепловые отходы или, что более вероятно,

сочетание тех и других отходов создавало бы предельные ограничения со

стороны загрязнения. То, что сейчас называют тепловым загрязнением, будет

„становиться все более серьезной проблемой, так как, согласно второму

закону термодинамики, при любом превращении одной формы энергии в другую в

качестве побочного продукта образуется бесполезное тепло. Переход от

минерального горючего к атомному до некоторой степени уменьшает загрязнение

воздуха, но при этом возрастает загрязнение воды, особенно тепловое. Так,

при производстве 1 кВт-ч электроэнергии на тепловой станции тепловые отходы

в атмосферу и в воду, используемую для охлаждения, составляют

соответственно 400 и 135 искал, а на современной

атомной электростанции — 130 и 1900 ккал. Таким образом, атомная

электростанция средних размеров, производящая 3000 МВт электроэнергии,

производит также тепловые отходы с интенсивностью свыше 5-Ю9 ккал/ч.

Охлаждающая способность поверхности воды варьирует в зависимости от ветра и

температуры воды от 7 до 36 ккал в 1 ч на 1 м2 на каждый градус (1 °С)

разницы между температурой воды и воздуха. Следовательно, для рассеяния

тепла требуется большая водная поверхность, что-то порядка 0,6 га на 1 МВт

в местностях с умеренным климатом, или 1800 га на электростанцию мощностью

3000 МВт. В одном отчете1 в 1970 г. рекомендовалось каждой атомной

электростанции мощностью 2400 МВт отводить 450 га для самой станции и

хранения радиоактивных отходов и около 3000 га водной поверхности для

охлаждения. Соответственно если выбрать второй вариант стратегии

уничтожения отходов, то для каждой электростанции умеренных размеров

придется отвести площадь минимум 4000 га. Это соответствует концепции зоны

переработки отходов (фиг. 219) и предусматривает использование тепловых

отходов для разведения рыбы или для других полезных целей.

Применение мощных охлаждающих устройств, таких, как градирни, позволило бы

сократить необходимое пространство, но довольно дорогой ценой, так как это

означало бы выбор дорогостоящего третьего варианта стратегии уничтожения

отходов. Как и в отношении других отходов, всегда кажется заманчивым

использовать для охлаждения океаны, но отчет другой специальной группы2

предостерегает, что океаны нельзя больше рассматривать как свалку для всех

порожденных человеком отходов. Хотя почти все предсказывают, что проблема

локального теплового загрязнения будет все более обостряться, мнения

относительно era конечного влияния на глобальный тепловой баланс

расходятся.

Локальные вредные воздействия теплового загрязнения на водные экосистемы

таковы:

1)повышение температуры воды часто усиливает восприимчивость организмов к

токсичным веществам (которые, несомненно, должны присутствовать в

загрязненной воде);

2) температура может превысить критические величины для «степотермных»

стадий жизненных циклов;

3) высокая температура благоприятствует замене популяций обычной флоры

водорослей менее желательными сине-зелеными;

4) при повышении температуры воды животным нужно больше кислорода, а в

теплой воде его содержание понижено.

БУДУЩЕЕ РАДИОЭКОЛОГИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИИ

В этой краткой лекции мы пытались показать, что проблемы радиоактивного и

теплового загрязнения окружающей среды, связанного с использованием

ядерной энергии, будут углублять и так уже серьезные ограничения,

накладываемые разного рода загрязнениями на дальнейшее развитие

«индустриализованного» человека. Вместе с тем мы отметили и те необычайно

привлекательные возможности, которые дает исследователю метод радиоактивных

изотопов. До настоящего времени радиационная экология занималась

преимущественно описанием и разработкой методик, но теперь настало время,

когда ей следует внести свой вклад, и притом значительный, в теорию

экосистем. Радиационные методы предлагают .мощные средства для решения двух

основных проблем экосистемы; о связи однонаправленного потока энергии с

круговоротом веществ и о взаимодействии физических и биологических

.факторов в регулировании экосистемы. Только при глубоком понимании всех

этих вопросов человек сможет сам обнаруживать собственные) ошибки и

исправлять все те нарушения в системах жизнеобеспечения, которые вносит в

биосферу безудержное развитие техники. В не слишком далеком будущем

радиоэколог, вероятно, будет участвовать в решении вопросов о том, когда

сохранять, а когда рассеивать отходы атомной эпохи. Ведь кому же, как не

экологу, знать, чего можно ожидать в биологической среде обитания!

-----------------------

[pic]

Страницы: 1, 2