<<
>>

ИОНИЗИРУЮЩЕЕ ИЗЛУЧЕНИЕ

Излучение, обусловливающее ионизацию вещества, в том числе живого, называют ионизирующим. Под воздействием ионизирующего излучения в косном и живом веществе образуются отрицательно и положительно заряженные частицы (ионы) — продукт трансформации атомов.

По своему устройству атом во многом напоминает Солнечную систему в миниатюре. Он состоит из ядра (Солнца) и движущихся вокруг него по своим орбитам электронов (планет). Ядро имеет положительный заряд, электроны — отрицательный. Ядро неоднородно, оно состоит из положительно заряженных протонов и нейтральных частиц — нейтронов. Заряды протона и электрона по своей направленности прямо противоположны, а по величине равны, поэтому атомы как системы электрически нейтральны. Нейтральный атом может превращаться в ион либо вследствие потери электрона, либо в результате его присоединения. Атомы, потерявшие электрон, трансформируются в положительные ионы. Отрицательными ионами становятся атомы, присоединившие дополнительный электрон. Следовательно, ионизирующее излучение обладает большой энергией. Энергия радиации столь велика, что под ее воздействием осуществляется превращение нейтральных атомов в положительные и отрицательные ионы.

Возникновение ионизирующей реакции связано с распадом радиоактивных элементов. Характерная особенность таких элементов в том, что в их ядрах численность протонов одинаковая, а нейтронов — может быть разной. По числу нейтронов, содержащихся в ядре, атомы одного и того же элемента образуют разновидности, называемые изотопами. Так, например, уран-238 содержит 146 нейтронов, а разновидность этого элемента уран- 235—только 143. В изотопах урана, обозначаемых символами 238 и 235, число протонов одинаково — 92. Ядра изотопов разных радиоактивных элементов составляют группу нуклидов. Большинство из них нестабильно. Они могут превращаться в другие нуклиды. Так, например, уран-238 трансформируется в торий-234, в ядре которого содержится 90 протонов и 144 нейтрона.

Торий-234, в свою очередь, превращается в протактиний и т. д.

Процесс самопроизвольного превращения одного нуклида в другой называют радиоактивным распадом, а сам такой нуклид — радионуклидом. При каждом акте распада нуклидов высвобождается энергия, которая передается дальше в виде радиоактивного ионизирующего излучения.

Ионизирующее излучение по своей природе неоднородно. Оно представляет собой корпускулярную радиацию (альфа- и бета-частицы, поток протонов и нейтронов) и электромагнитные колебания (гамма-лучи). Обычно говорят (хотя это и не совсем точно), что альфа-излучение — это испускание ядром частиц, состоящих из двух протонов и двух нейтронов. Бета-излучение представляет собой испускание электронов. Когда нуклид частиц не выбрасывает, а испускает пучок чистой энергии (гамма-квант), говорят о гамма-излучении.

Все виды ионизирующего излучения отличаются друг от друга количеством выделяемой энергии, длиной пробега частиц в среде, их проникающей способностью и, следовательно, характером воздействия на организм (рис. 7).

При альфа-излучении длина пробега частиц невелика — в воздухе она составляет всего несколько сантиметров. Проникающая способность альфа-радиации ничтожна — задерживаясь на повер-

Рис. 7. Сравнение различных типов ионизирующего излучения, воздействующего на организм животного (по Ю. Одуму)

Рис. 7. Сравнение различных типов ионизирующего излучения, воздействующего на организм животного (по Ю. Одуму)

хности тела организма, частицы вызывают выраженную локальную ионизацию живого вещества. При бета-излучении длина пробега электронов в воздухе несколько метров, в живой ткани — раз в сто меньше. Гамма-излучение обладает большой проникающей способностью, гамма-лучи пронизывают организм. Эффект их действия зависит от величины энергии, передаваемой ими тканям, и от расстояния между источником излучения и организмом.
С увеличением расстояния интенсивность излучения падает. В целом отмечается следующая закономерность: проникающая способность альфа-, бета- и гамма-излучения последовательно возрастает, а плотность ионизации и масштабы повреждения тканей уменьшаются.

В экологии и радиобиологии, особенно экспериментальной, широко используют лучи Рентгена, полученные от специальных устройств. Рентгеновские лучи применяют при изучении влияний ионизирующей радиации на организм растений и животных, для разработки методов их защиты от радиационных поражений и т. д. Широкое использование рентгеновских лучей в радиоэкологии связано с тем, что они по своей природе близки к гамма-излучению.

Ионизирующее излучение, действующее на организм из окружающей среды, называют внешним. Наряду с этим, когда радиоактивные вещества оказываются внутри организма растений или животных, говорят о внутреннем излучении.

Пути попадания радиоактивных веществ в организм самые разные. В организм растений они чаще всего поступают через корневую систему с элементами минерального питания, в животные организмы — через пищеварительный тракт с пищей (кормом) и питьевой водой, через дыхательные пути с вдыхаемым воздухом. Наряду с этим они могут проникать через наружные покровы растений и животных.

При внутреннем альфа- и бета-излучении происходит ионизация протоплазмы клеточных элементов и межклеточного вещества, изменяются структура и функция органов и тканей.

Ионизирующее излучение — важный экологический фактор, жизненно необходимый для размножения, роста и развития растений и животных, функционирования популяций и биоценозов. Полагают, что радиоактивность способствовала возникновению жизни на Земле, становлению и развитию биосферы.

Источниками естественного фона радиации на Земле являются космос, радиоактивные элементы, входящие в состав нашей планеты. Радиоактивными, хоть и в малой мере, считаются все растения и животные, населяющие биосферу.

Наибольшее космическое излучение отмечается в верхних слоях атмосферы, у поверхности Земли оно во много раз ниже.

Помимо космических лучей организмы подвергаются воздействию радиоактивных элементов горных пород. В земной коре широко распространены радий, уран, торий и другие радиоактивные элементы.

Естественный фон ионизирующего излучения в разных регионах земного шара неодинаков. Обычно он колеблется в небольших пределах, но в некоторых точках Земли резко возрастает. Например, в Бразилии и Индии есть районы, где широко распространены моноцитовые пески, содержащие большое количество тория, радия и урана. В этих местах уровень ионизирующей радиации почти в 200 раз превышает средние показатели естественного радиоактивного фона Земли.

В процессе эволюции биосферы растения и животные приспособились друг к другу и условиям своего существования, и потому естественный радиоактивный фон для них более или менее оптимальный.

В современную эпоху появились антропогенные источники ионизирующего излучения (атомные бомбы, атомные электростанции, рентгеновские аппараты и т. д.). Они могут загрязнять среду и быть причиной негативных биологических эффектов. Экологические последствия радиоактивных загрязнений среды зависят от многих факторов: мощности загрязнителя, его местонахождения, особенностей атмосферного переноса радионуклидов и их циркуляции в гидросфере, на материках.

Мигрируя в экосистемах, долгоживущие радиоактивные вещества концентрируются в конечных звеньях пищевых цепей. Так, в США было установлено, что в реке Колумбия радиоактивность находившегося в ней планктона превышала исходное количество в 2000 раз. Радиоактивность рыб, питающихся планктоном, была значительно выше — она превышала исходный уровень в 15 ООО— 40 ООО раз.

Распределение радионуклидов в организме зависит от их троп- ности, т. е. способности накапливаться в определенных органах и тканях. Исследования, проведенные на животных, показали, что кальций, стронций, барий, фтор накапливаются преимущественно в костях, марганец, плутоний, торий — в печени, селен, мышьяк, висмут — в почках, йод, бром — в щитовидной железе.

Органы — накопители радионуклидов — подвергаются более интенсивному облучению, и они, как правило, поражаются сильнее (критические органы).

Под влиянием повышенных доз ионизирующих излучений происходят патологические изменения протоплазмы клеток. Установлено, что степень поражения клеточных элементов пропорциональна числу пар ионов, образовавшихся в поглощающем живом веществе организмов.

Ионизирующая радиация обладает тератогенным и мутагенным действиями. У растений и животных с радиоактивным поражением отмечают врожденные пороки (аномалии) развития и уродства.

Лучевая болезнь может развиваться как у растений, так и у животных. При этом у растений задерживаются рост и развитие, нарушается обмен веществ, поражается корневая система, изменяется окраска листьев. У пшеницы листья становятся темно-зелеными, корни покрываются массой волосков. На листьях могут появляться капельки экссудата, вначале прозрачного, а затем в виде беловатой сахаристой массы. Там, где накапливается экссудат, ткань листа буреет, возникает пятно некроза (отмирание ткани). У растений бобов, пораженных болезнью, листья становятся темнозелеными, на них появляются темные некротические пятна, быстро увеличивающиеся в размере.

У крупного рогатого скота и животных других видов, пораженных лучевой болезнью, отмечают снижение упитанности, продуктивности, воспроизводительной способности, расстройство деятельности органов и тканей, развитие малокровия. Болезнь может закончиться и смертью животного.

Тепло — необходимое условие существования растений и животных. Рост, развитие и размножение разных видов растений и животных происходят при определенных температурных режимах, отвечающих экологическим потребностям организмов.

Для большинства видов культивируемых растений оптимальная температура колеблется от 20 до 30 °С. Так, для кукурузы она составляет 25—30 °С, для томатов — 26, для табака — 20—24 °С.

У разных групп растений свои границы между минимумом и максимумом переносимой ими температуры внешней среды.

Например, минимальная температура для роста огурца находится в пределах 12—15 °С. При максимальной температуре (35 °С) его рост прекращается. Температурный оптимум, наиболее благоприятный для роста и развития огурцов, от 25 до 30 °С (Тышкевич, 1985).

Для разных видов сельскохозяйственных животных оптимальная температура воздуха колеблется от 3—5 до 15—20 °С. Следует отметить, что температурный оптимум зависит не только от вида животного, но и от стадии его онтогенеза. Установлено, что для взрослого крупного рогатого скота температурный оптимум составляет 10—15 °С, а для новорожденных телят — 18—20 °С.

Слишком высокая или слишком низкая температура окружающей среды неблагоприятно влияет на рост, развитие и размножение растений и животных.

Есть теплолюбивые растения, например цитрусовые. Предел высоких температур, лимитирующих их рост и развитие, значительно выше, чем у других форм растений. Но и они при избытке тепла прекращают свой рост и даже заболевают. Под воздействием излишне высоких температур в клетках растений происходит распад белков, изменяется белково-липидный комплекс. Расстройство обменных процессов сопровождается образованием токсичных продуктов метаболизма. Структура и функция органов и тканей растений нарушаются, развиваются признаки заболевания: на листьях пшеницы появляются желтые пятна, овса — красные («запалы»), Под действием сильных солнечных лучей могут образоваться ожоги покровных тканей растений. Кора плодовых деревьев, подвергшаяся ожогу, подсыхает, растрескивается, отстает от древесины. Ожоги листьев могут возникать при наличии на их поверхности капелек воды, оставшихся после дождя или полива. Капля воды выполняет роль линзы, собирающей солнечные лучи в одну точку (фокус). Ткани листа, расположенные под каплей-линзой, перегреваясь, подвергаются ожогу. Реакция растений на перегрев в значительной мере зависит от их возраста. К воздействию высоких температур особенно чувствительны всходы. Молодые растения, появившиеся на поле, ничем не затенены, они находятся слишком близко к поверхности почвы, где в жаркие солнечные дни температура может достигать больших значений (особенно в южных районах России).

Под влиянием высоких температур у животных снижается аппетит. Ослабление и даже потеря аппетита у коров отмечены при температуре воздуха 41 °С. Перегревание организма сопровождается задержкой роста и развития животных, снижением их продуктивности. Так, телки, выращенные при температуре 27 °С, весили на 12 % меньше, чем при температуре 10 °С. У самок и самцов в результате воздействия высоких температур может возникнуть бесплодие (климатическое бесплодие, по А. П. Студенцову). Высокая температура воздуха может стать причиной заболевания животных. Тепловой удар — тяжелое заболевание, зарегистрированное у лошадей, крупного рогатого скота, свиней и животных других видов.

Лимитирующим фактором является не только излишне высокая, но и излишне низкая температура окружающей среды.

По характеру реакции на низкие температуры растения подразделяют на холодостойкие и морозоустойчивые. К группе холодостойких относят растения, устойчивые к низким температурам, вплоть до 0 °С. Виды растений, способные без особых повреждений переносить отрицательные температуры, называют морозоустойчивыми. Холодостойкими и морозоустойчивыми являются многие виды многолетних растений. Так, древесные породы отличаются более высокой морозоустойчивостью, чем озимые злаки. Но и многолетние растения во время зимовки могут повреждаться и даже погибать. Холодостойкость и морозоустойчивость — это такие свойства растений, которые могут резко меняться в зависимости от многих внешних и внутренних факторов. Например, устойчивость древесных растений к холоду резко повышается в период их роста. Ростовые процессы значительно снижают устойчивость перезимовавших растений к весенним заморозкам. Чувствительны к заморозкам генеративные органы: у плодовых — пестики, у злаковых — тычинки.

Повышение холодостойкости и морозоустойчивости культивируемых растений — одна из актуальных проблем сельскохозяйственной экологии. Для повышения устойчивости растений к низким температурам проводят различные мероприятия. Морозоустойчивость плодовых деревьев и озимых культур повышается при оптимизации водного режима почв. Разрабатывают разные методы «приучения» растений к холоду. Один из них — закаливание набухших семян и рассады при низкой температуре, не вызывающей повреждений живых тканей. В молодом возрасте растения более пластичны, легче приспосабливаются к перепадам температуры окружающей среды. Много внимания уделяют выведению холодостойких сортов растений. Выведены сорта винограда, плодоносящие в Подмосковье, томата — растущие на севере. В пригородах Владивостока, Хабаровска, Комсомольска-на-Амуре теперь растут абрикосы. Создаются холодостойкие сорта сои, кукурузы.

Среди животных, как и среди растений, есть теплолюбивые и холодолюбивые виды. С определенными оговорками к теплолюбивым можно отнести лам, верблюдов, к холодолюбивым — домашних северных оленей.

К холодам более чувствительны теплолюбы. У животных, подвергнутых воздействию холода, возникает защитная реакция по сохранению температуры тела путем уменьшения отдачи тепла через кожу. Животные горбятся, «съеживаются», а собаки и кошки свертываются в клубок, тем самым уменьшая площадь открытой поверхности тела. Теплопродукция усиливается в организме при сокращении мышц (дрожь).

Физиологические возможности теплорегуляции в организме животных небеспредельны. Длительное воздействие низких температур приводит к нарушению деятельности органов, снижению продуктивности и воспроизводительной способности животных. Уменьшается естественная резистентность организма, возникают различные заболевания. Особенно часто заболевают новорожденные телята, ягнята, поросята. У них появляются бронхиты, бронхопневмонии и другие простудные болезни. При длительном действии крайне низких температур происходит нарушение терморегуляции, развивается гипотермия, возникают параличи. Могут быть обморожения. В первую очередь отмораживаются уши, хвост, соски, мошонка, препуций, нижние части конечностей. При сильном расстройстве нервной регуляции и нарушении деятельности внутренних органов животные погибают.

Закаливание организма животных (холодный метод воспитания) на фоне хороших условий кормления и содержания молодняка крупного рогатого скота в ряде случаев дало хорошие результаты. 2.4.4.

<< | >>
Источник: Н. А. Уразаев, А. А. Вакулин, А. В. Никитин и др.. Сельскохозяйственная экология— М.: Колос. — 304 с.; ил. — (Учебники и учеб. пособия для студентов высших учебных заведений).. 2000

Еще по теме ИОНИЗИРУЮЩЕЕ ИЗЛУЧЕНИЕ:

  1. ИОНИЗИРУЮЩЕЕ ИЗЛУЧЕНИЕ
  2. ПРИРОДНЫЕ АДАПТАЦИИ ЧЕЛОВЕКА
  3. Влияние ионизирующего излучения на организм
  4. Глава 10. БИОИНДИКАЦИЯ СТЕПЕНИ НАРУШЕНИЯ ЭКОСИСТЕМ
  5. ИСТОРИЧЕСКАЯ ХРОНИКА
  6. ИОНИЗИРУЮЩЕЕ ИЗЛУЧЕНИЕ, РАДИАЦИОННАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ ГИГИЕНИЧЕСКИЕ ТРЕБОВАНИЯ К ОБЕСПЕЧЕНИЮ РАДИАЦИОННОЙ БЕЗОПАСНОСТИ ПРИ ЗАГОТОВКЕ И РЕАЛИЗАЦИИ МЕТАЛЛОЛОМА САНИТАРНО-ЭПИДЕМИОЛОГИЧЕСКИЕ ПРАВИЛА И НОРМАТИВЫ САНПИН
  7. 1.1. Концепция экосистемы
  8. Глава 18. Защита от электромагнитных полей и лазерного излучения
  9. Глава 19. Защита от ионизирующих излучений
  10. 19.1. Основные характеристики ионизирующих излучений
  11. 19.2. Защита от действия ионизирующих излучений
  12. ТЕМА 11. МОНИТОРИНГ РАДИАЦИОННОГО ЗАГРЯЗНЕНИЯ ПРИРОДНОЙ СРЕДЫ
  13. Общие понятия о единицах измерения радиоактивности
  14. Организация контроля за радиационной безопасностью строительных материалов и жилых помещений
  15. Абиотические и биотические факторы среды и их влияние на живые организмы
  16. 11.4. Биологическое действие радиоактивного излучения
  17. Охлаждение мяса и мясопродуктов