Часть iii радиационная безопасность
МАВРИЩЕВ В.В., ВЫСОЦКИЙ А.Э., СОЛОВЬЕВА Н.Г.
РАДИОЭКОЛОГИЯ И РАДИАЦИОННАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ
СОДЕРЖАНИЕ
ЧАСТЬ i. ВВЕДЕНИЕ В ЭКОЛОГИЮ
1. предмет и содержание экологии
1.2. Разделы экологии
1.3. Объекты изучения экологии
2. Среда обитания, основные среды жизни, экологические факторы
среды
2.1. Понятие о среде обитания
2.2. Абиотическая среда, основные среды жизни
2.3. Живые организмы как среда обитания
2.4. Понятие об экологических факторах
2.5. Абиотические факторы
2.5.1. Климатические факторы
2.5.2. Факторы почвенной среды (эдафические факторы)
2.5.3. Орографические факторы
2.5.4. Гидрографические факторы
2.5.5. Химические факторы
2.5.6. Пирогенный фактор (пожары)
2.6. Биотические факторы
2.7. Лимитирующие экологические факторы
3. Экология популяций
3.1. Определение и сущность популяции
3.2. Характеристика популяций
3.3. Взаимодействия между популяциями
3.4. Конкуренция. Закон конкурентного исключения Гаузе
4. Биоценоз
4.1. Понятие биоценоза
4.2. Пространственная структура биоценоза
4.3. Трофическая структура биоценоза
4.4. Пищевые цепи, экологические пирамиды
4.5. Экологическая ниша
5. Экосистема
5.1. Сущность экосистемы
5.2. Динамика экосистем
5.3. Агроэкосистемы
6. Биосфера
6.1. Понятие биосферы
6.2. Учение В.И. Вернадского о биосфере
6.3. Живое вещество биосферы
7. Основные экологические проблемы современности
7.1. Парниковый эффект
7.2. Состояние озонового экрана
7.3. Проблема кислотных осадков
ЧАСТЬ II . РАДИОЭКОЛОГИЯ
8. Природный радиоактивный фон
8.1. Космическое излучение
8.2. Земная радиация
8.3. Антропогенный компонент радиоактивного фона
9. Радиоэкологические закономерности распределения
радионуклидов
9.1. Радиоэкологическая характеристика основных природных
радионуклидов
9.2. Общие закономерности перемещения радионуклидов в биосфере
9.3. Закономерности перемещения радионуклидов в литосфере
9.4. Закономерности перемещения радионуклидов в гидросфере
ЧАСТЬ III РАДИАЦИОННАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ
10. физические закономерности радиоактивного распада
10.1. Общая характеристика радиоактивного распада
10.2. Виды радиоактивного распада
10.3. Общая характеристика ядерных реакций
11. Типы ионизирующих излучений. Физические закономерности
взаимодействия с веществом
11.1. Характеристика типов ионизирующих излучений
11.2. Общая характеристика взаимодействия ионизирующих излучений с
веществом
12. Биологические закономерности действия ионизирующих излучений.
свободно-радикальные процессы
12.1. Общая характеристика биологического действия ионизирующих
излучений
12.2. Свободно-радикальные процессы облучения
13. Радиочувствительность организма и ее модификация
13.1. Понятие радиочувствительности
14. эффекты ионизирующих излучений на молекулярно-клеточном уровне
14.1. Эффекты ионизирующих излучений на молекулярном уровне
14.2. Эффекты ионизирующих излучений на клеточном уровне
15. Эффекты ионизирующих излучений на органном уровне
15.1. Кровь и кроветворные органы
15.2. Половые клетки и половые железы
15.3. Эмбрион и плод
15.4. Органы пищеварения
15.5. Сердечно-сосудистая система
15.6. Органы дыхания
15.7. Органы зрения
15.8. Органы выделительной системы
15.9. Органы эндокринной системы
15.10. Иммунобиологическая реактивность организма
15.11. Нервная система
15.12. Костно-мышечная система
16. Радиационные синдромы. детерминированные и стохастические
эффекты
16.1. Классификация радиационных синдромов
16.2. Детерминированные и стохастические эффекты
17. Инкорпорированные радионуклиды и особенности их действия
17.1. Виды облучения
17.2. Пути поступления радионуклидов в организм
17.3. Распределение радионуклидов в организме
17.4. Выведение радионуклидов из организма
17.5. Биологическое действие радионуклидов
18. Основные дозиметрические величины единицы измерений
18.1. Общее понятие о дозиметрии и радиометрии
18.2. Основные дозиметрические единицы
19. Методологические аспекты обнаружения и измерения ионизирующих
излучений
19.1. Общие методы обнаружения ионизирующих излучений
19.2. Методы регистрации и измерения ионизирующих излучений,
основанные на первичных эффектах взаимодействия с веществом
19.3. Методы регистрации и измерения ионизирующих излучений,
основанные на вторичных эффектах взаимодействия с веществом
19.4. Классификация и общие сведения об измерительных приборах
20. Основные законодательные и регламентирующие документы в
области радиационной безопасности
21. Основные принципы дезактивации. Способы защиты при работе с
источниками ионизирующих излучений
21.1. Основные принципы дезактивации
21.2. Способы защиты при работе с источниками ионизирующих
излучений
ЧАСТЬ i. ВВЕДЕНИЕ В ЭКОЛОГИЮ
Предмет и СОДЕРЖАНИЕ ЭКОЛОГИИ
Слово «экология» сегодня знают все, но в большинстве случаев мало кто даст правильный ответ на вопрос – что же изучает экология? Чаще всего ответы сводятся к охране природы, заботе о чистоте природных вод, воздуха, ближайшего окружения человека.
Важность экологии как науки для человека заключается в том, что она изучает его непосредственное природное окружение. Человек, наблюдая природу и присущую ей гармонию, невольно стремился внести эту гармонию в свою жизнь. По мере своего эволюционного развития человек, наблюдая природу и присущую ей гармонию, невольно стремился внести эту гармонию в свою жизнь. Это желание стало особенно острым лишь сравнительно недавно, после того как сделались очень заметными последствия неразумной хозяйственной деятельности, приводящие к разрушению природной среды. А это в конечном итоге оказало неблагоприятное влияние на самого человека. Вот почему термин «экология» получил такое широкое распространение.
Следует помнить, что экология - фундаментальная научная дисциплина, идеи которой имеют очень важное значение. И если мы признаем важность этой науки, нам надо научиться правильно пользоваться ее законами, понятиями, терминами. Ведь они помогают людям определять свое место в окружающей их среде, правильно и рационально использовать природные богатства.
Экология - наука сравнительно молодая и находится еще пока в фазе становления. Это связано с тем, что она в той или иной мере затрагивает почти все сферы жизнедеятельности живых организмов (и их совокупностей) и деятельности человека. Это синтетическая наука, которая имеет полное право на существование в общей иерархии современных наук.
Корни экологии уходят в глубочайшую древность. Человек был не просто праздным наблюдателем, а активным участником природных процессов и преобразователем природы. Уже наскальные изображения первобытных эпох, в которых современный человек узнает силуэты знакомых животных, являются свидетельством того, что проблемы первобытных людей в своей сущности были экологическими. Следует подчеркнуть, что экологические представления возникли непосредственно в связи с практическими запросами человечества. Множество интересных сведений об экологическом мышлении того времени оставили нам древние египетские, индийские, тибетские и античные источники.
Предыстория экологии охватывает античный период и эпоху Возрождения.
Древнегреческие мыслители передали эстафету пришедшим им на смену римским ученым. Ученые Древней Греции и Рима перекинули мостик к мыслителям эпохи Возрождения, которая положила начало новому этапу в развитии мировой цивилизации. Человек начал открывать новые природные территории. Появление в рационе современных людей таких привычных всем растений как картофель, томаты, табак, кофе, кукуруза, рис и многих других стало возможным только благодаря экспедициям знаменитых путешественников того времени – Христофора Колумба, Васко да Гама, Америго Веспуччи и др.
Большое влияние на формирование экологических взглядов имели работы Жана Батиста Ламарка, в которых он затронул проблему воздействия внешних условий на «действия и привычки» живых организмов.
Развитию экологических взглядов биологов XIX века способствовали труды немецкого путешественника и географа Александра Гумбольдта, заложившего основы ботанической географии, в том числе ее экологического направления.
Временем возникновения экологии как науки можно считать середину XIX века, однако, как признанная самостоятельная научная дисциплина экология оформилась около 1900 года.
В 1866 году молодой немецкий биолог Эрнст Геккель в своем капитальном труде «Всеобщая морфология организмов», классифицируя разделы биологии, впервые употребил термин «экология», которым к концу XIX века начали пользоваться многие биологи, причем не только в Германии, но и в других странах.
Если Геккеля можно считать в какой-то мере праотцом новой науки, интуитивно предвосхитившим всю значимость и глобальность экологии, то Чарлз Дарвин заложил ее биологический фундамент - то основание, на котором в дальнейшем росло экологическое знание. Вывод Дарвина о существующей в природе постоянной борьбе за существование принадлежит к числу центральных проблем экологии.
В 20-30-е годы XX века. Были сформулированы основные задачи изучения популяций и сообществ, предложены математические модели роста численности популяций и их взаимодействий, проведены лабораторные опыты по проверке этих моделей.
Огромное влияние на развитие экологии оказали работы выдающегося русского геохимика В. И. Вернадского. Он посвятил себя изучению процессов, протекающих в биосфере, и разработал теорию, названную им биогеохимией, которая легла в основу современного учения о биосфере. Впервые вся живая оболочка планеты предстала как единое целое - могучее, сложное и в то же время хрупкое образование. Из учения В.И.Вернадского вытекала необходимость комплексного изучения живых, косных и биологических компонентов биосферы в их динамическом единстве.
К концу двадцатого столетия происходит своего рода «экологизация» современной науки. Это связано с осознанием огромной роли экологических знаний, с пониманием того, что деятельность человека зачастую не просто наносит вред окружающей среде, но и, воздействуя на нее негативно, изменяя условия жизни людей, угрожает самому существованию человечества. Экология становится теоретической основой для рационального использования природных ресурсов.
В настоящее время в экологии выделяют ряд научных отраслей и дисциплин: популяционная экология, географическая экология, химическая экология, промышленная экология, экология растений, животных, человека.
Несмотря на все многообразие, в основе всех направлений современной экологии лежат фундаментальные биологические идеи об отношении живых организмов с окружающей их средой.
Специфика современной экологии в том, что она из строго биологической науки превратилась в значительный цикл знаний, вобрав в себя разделы географии, геологии, химии, физики, социологии, теории культуры, экономики, информатики и других наук. Современная экология - биологизированная биоцентричная наука, но не биология. Биологическая ее составляющая - это взгляд от живого на окружающую его среду и от этой среды на живое.
Для экологии характерен широкий системный межотраслевой взгляд. Грубо говоря, экологию можно трактовать как науку о выживании в окружающей среде. И среды эта может быть разная: и микроструктура, и макро- и даже мегаявление. И методики в этом исследовании могут быть самыми разнообразными - от описательных до аналитических, синтетических и прочих. Такая экология уже совсем не биология и никакая иная наука, она сама по себе, новый раздел знания, равный, а может быть и более широкий, чем математика, физика, химия и так далее, но отнюдь не философия, что следует их самого определения науки о выживании.
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЭКОЛОГИИ
Впервые термин «экология» предложил немецкий зоолог Эрнст Геккель в 1866 году.Он определил экологию как область знаний, изучающую экономику природы - исследование общих взаимоотношений животных как с живой, так и с неживой природой.
Слово «экология» произошло от греческих слов «ойкос» (oikos) - дом, жилище, местопребывание и «логос» (logos) - наука. В дословном переводе слово «ойкос» означает «домоводство», что может быть сопоставимо со значением «домашнее хозяйство». Значение термина «экология» с течением времени сильно менялось.
Современная экология ориентирует все науки на поиски гармонических взаимосвязей человека и природы, создает научные основы рационального использования природных и биологических ресурсов и охраны природы. В последнее время наблюдается смешение таких понятий, как экология, охрана природы, охрана окружающей среды и природопользование. Поэтому следует особо подчеркнуть самостоятельность экологии как фундаментальной основы всех областей природоохранного знания, конечная цель которых - сохранение среды обитания человека, природы Земли ради здоровья и жизни людей.
Определений экологии в современной научной литературе множество. И почти все они концентрируют внимание на взаимоотношениях между живыми организмами и средой их окружения.
Прежде всего следует помнить, что экология – это наука, изучающая отношения организмов между собой и окружающей средой, между которыми возникает множество разнообразных связей. Организмы же, благодаря этим связям, существуют в природе не как хаотичные скопления, а образуют определенные сообщества - природные системы. К таким системам относятся популяции, биоценозы, экосистемы и биосфера (о них речь пойдет ниже).
В настоящее время подавляющее большинство экологов считает, что экология – это наука, изучающая условия существования живых организмов и взаимосвязи между организмами и средой, в которой они обитают.
Наиболее общепринятое определение экологии приводится ниже.
Экология – это наука, которая изучает взаимоотношения организмов между собой и с окружающей их средой, а также структуру и организацию биологических систем различного уровня (популяции, биоценозы, экосистемы).
Так как все живое организовано в экосистемы (вся биосфера в целом - это тоже экосистема высокого уровня), то человек также оказывается включенным в многочисленные экологические взаимосвязи.
РАЗДЕЛЫ ЭКОЛОГИИ
Экологию можно подразделить на две больше ветви: общую экологию и частную (специальную). Общая экология (биоэкология) изучает популяции, взаимоотношения между организмами, организмом и средой, экологию сообществ (биогеоценозов), природные комплексы и биосферу.
Частная или специальная экология занимается изучением экологических аспектов конкретных таксономических групп организмов (экология млекопитающих, экология человека и т.д.) или сообществ (экология сельскохозяйственных экосистем - агроэкология, растительных сообществ - фитоценология и т.д.).
Взаимодействуя с природой на всех этапах своей жизнедеятельности человечество столкнулось с проблемой безопасности жизнедеятельности. Развитие промышленности, сельскохозяйственного производства привело к возникновению негативных факторов, одинаково влияющих как на окружающую человека природу, так и на самого человека. Возникло новое направление экологии - прикладная экология. Такие прикладные экологии - промышленная (инженерная), сельскохозяйственная, промысловая изучают возможность использования природных ресурсов и среды жизни, допустимые нагрузки на них, формы управления и хозяйствования. Они исследуют воздействие промышленности, транспорта, сельского хозяйства на природу и, наоборот, влияние естественной природной среды на функционирование промышленных предприятий и сельскохозяйственных комплексов.
В зависимости от типа изучаемой биологической системы в экологии выделяют следующие разделы.
Аутэкология (от греч. слова «autos» – сам.) – раздел экологии, изучающий взаимоотношение организма с внешней средой, в основе которых лежат его морфофизиологические реакции на воздействие среды. С изучения этих реакций начинается любое экологическое исследование. В аутэкологии изучаются различные состояния организма и реакции на внешнее воздействие в различные периоды жизни (сезонная и суточная активность). Большое место занимают исследования влияния на организм естественной и искусственной радиоактивности, техногенного загрязнения.
Дэмэкология (от греч. demos – народ) изучает естественные группировки особей одного вида, то есть популяции. Важнейшая задача дэмэкологии – выяснение условий формирования популяций, а также внутрипопуляционных группировок и их взаимоотношений, структуры, динамики, численности популяции.
Эйдоэкология (от греч. eidos – образ, вид) или экология видов, наименее разработанный раздел современной экологии.
Синэкология (от греч. syn – вместе) или экология сообществ (биоценология) изучает ассоциации популяции разных видов растений, животных и микроорганизмов, образующих биоценозы, их формирование и развитие, структуру, динамику, взаимодействие с физико-химическими факторами среды, энергетику, продуктивность, а также другие особенности.
Между разделами экологии существует тесная взаимосвязь и преемственность.
ОБЪЕКТЫ ИЗУЧЕНИЯ ЭКОЛОГИИ
Элементарной единицей в круговороте веществ и основной формой организации материи является вид. Эволюция видов - основной вопрос эволюционной теории.
Экологов интересуют не эволюционные процессы, а поведение отдельных организмов, особей, составляющих вид в том или ином природном окружении, воздействие на них определенного комплекса окружающих условий (факторов среды). Одними из основных таких факторов являются климатические (освещенность, температура, влага и т.п.). Например, растения теплых местообитаний не смогут произрастать в нашем климате, а наши лесные звери в условиях повышенной температуры воздуха буду страдать от недостатка влаги. Так же для водных и почвенных организмов вода и почва являются главными и основными средами обитания. Таким образом, изучение поведения организмов при воздействии различных факторов окружающей среды и их реакция на эти воздействия является одним из объектов изучения экологии.
Следующий объект изучения экологии представляет собой группировку особей, которые составляет тот или иной вид живых организмов. Такие группы называют популяциями. Здесь мы имеем дело уже не с отдельной особью, но с их совокупностью, а значит факторы окружающей среды начинают влиять уже на группу организмов, на изменение ее численности и состава.
Отличительная особенность популяции состоит в том, что ее свойства, как цельного образования, отличаются от свойств отдельных особей.
Скажем, поймав муравья возле муравейника, мы можем описать его характеристики, его поведение, повадки и т.д. Но на основании этих характеристик мы не сможем описать характерные особенности муравейника в общем, как целой системы. Один муравей – это отдельная особь. Совокупность муравьев – это популяция, объединяющая в себе множество особей одного определенного вида, каждая из которых индивидуально неповторима. Все вместе они образуют своеобразную «общность», живущую по своим законам, отличным от законов каждого его члена. Это же касается и любой популяции, в том числе и популяции человека.
Итак, еще одним объектом экологии является группировка особей одного вида – популяция.Исследованием закономерностей существования, структуры, поведения популяций занимается популяционная экология.
Вполне очевидно, что живые организмы, составляющие популяции (как и сами популяции) встречаются на Земле не в любых случайных сочетаниях, а образуют закономерные комплексы – сообщества.
В природе популяции разных видов всегда обитают совместно и образуют цельное природное сообщество, которое называется биоценоз – совокупность всех популяций биологических видов на данной территории. Это довольно устойчивое биологическое образование, так как обладает способностью к самоподдержанию своих природных свойств и видового состава при внешних воздействиях, вызываемых обычными изменениями климатических и других факторов.
Таким образом мы имеем следующий объект изучения экологии – биоценоз (или сообщество). Исследованием биоценозов занимается направление экологии, которое называется биоценология.
Говоря о популяциях и сообществах мы рассматривали только взаимодействия самих живых организмов, вне взаимосвязи их с окружающей средой. В живой природе особи и популяции контактируют друг с другом, находятся во взаимодействии, воздействуют друг на друга, но это не происходит в отрыве от окружающей эти особи и популяции окружающей среды. Следовательно, факторы среды, в пределах которых происходит взаимодействие особей и популяций, являются важной характеристикой. Совокупность всех факторов среды в пределах которых существует биоценоз, жизненное пространство, занимаемое биоценозом, называется биотоп.
Биотоп (окружающая среда, факторы среды) вместе с сообществом (живыми организмами) образуют единую природную систему, которая называется экологическая система, или экосистема.
Центральным разделом экологии является изучение экосистем, которые, по сути, являются тем, что мы обычно называем окружающей нас природой. В отличие от популяции или сообщества экологическую систему можно считать самостоятельным объектом - в ней имеется все, что необходимо для ее существования. Поэтому экосистемы являютсяглавным предметом экологии.