Концентрация радиоактивных веществ в воде различного происхождения
Происхождение воды
|
Концентрация в 10-12 кюри/л
|
40K
|
226Ra
|
222Rn
|
238U
|
Подземные воды
Источники и ручьи
Речные воды
Озёрные воды
Морская вода
|
–
–
8
13
300
|
4 (до 26)
до 140
0,2 (до 0,8)
1 (до 8)
0,08 (до 45)
|
до 200
до 3—104
0,2—0,3
–
–
|
2,4 (до 40)
до 4
0,2 (до 20)
3
0,7
|
Искусственные радиоактивные вещества в водную среду Земли поступают вместе с осадками из атмосферы. Так, в результате испытаний ядерного оружия концентрация 90Sr в природных водах до 1968 непрерывно возрастала, достигая в отдельных случаях 10 пкюри/л. Другой основной источник попадания искусственных радиоактивных веществ в водоёмы – сбросные воды предприятий по производству ядерного топлива. [12, 26, 76]
Радиоактивность осадков обусловлена захватом радиоактивных аэрозолей и газов из атмосферного воздуха частицами облаков и осадков. Кроме того, сама вода осадков содержит атомы радиоактивного 3H. Наибольший уровень радиоактивности приходится на короткоживущие продукты распада 222Rn: 218Po (RaA), 214Pb (RaB), 214Bi (RaC), 214Po (RaC’).
Вымывание осадками — основной механизм очищения атмосферы от радиоактивных загрязнений. Распределение выпадения на Землю радиоактивных аэрозолей из атмосферы обычно соответствует распределению количества выпавших осадков. Захват радиоактивных аэрозолей происходит в основном в облаке за счёт конденсационного роста капель на радиоактивных пылинках как на ядрах конденсации и диффузионного захвата пылинок каплями. Захват радиоактивных частиц падающими дождевыми каплями и снежинками происходит главным образом под действием инерционных сил и конвективной диффузии. Концентрация радиоактивных аэрозолей в осадках зависит от вида осадков. Наибольшие её величины отмечаются в туманах и мороси.
Суммарным физическим воздействием, определяющим общее радиоактивное воздействие естественного характера, является естественный радиационный фон, который обусловлен ионизирующим излучением, источником которого являются космические и естественно распределённые в природе радионуклиды. Космические лучи представляют собой поток частиц высоких энергий, приходящих на Землю из мирового пространства. Естественные радионуклиды принадлежат к сильно рассеянным элементам и повсеместно присутствуют в окружающей среде, а также в животных и растительных организмах. Фоновому облучению подвергаются все живые организмы Земли, в том числе человек. В зависимости от высоты над уровнем моря и содержания радионуклидов в окружающей среде естественный фон радиации колеблется в значительных пределах. В отдельных районах с высоким содержанием природных радионуклидов он может достигать 1000 мрад/год и больше. Жизнь на Земле возникла и развивалась в условиях воздействия ионизирующих излучений. Биологическое значение естественного радиационного фона, однако, окончательно ещё не выяснено. Считают, что часть наследственных изменений (мутаций) у животных и растений связана с естественным радиационным воздействием.
Ядерные взрывы и поступление радиоактивных отходов с предприятий атомной промышленности, атомных электростанций и других предприятий привели к некоторому повышению радиационного фона Земли. Дозы облучения от глобальных радиоактивных выпадений составляют единицы – десятки мрад/год. В основном они определяются поступлением в организм людей искусственных радионуклидов 90Sr и 137Cs. В районах локальных выпадений дозы внешнего и внутреннего облучения выше. В формировании их основное значение имели короткоживущие изотопы продуктов ядерного деления (131J, 89Sr, 140Ba). Повышение радиационного фона Земли, как фактор физиовоздействия, может привести к накоплению в организме человека радиоактивных элементов, что может приводить к множеству заболеваний, в том числе мутациям. [80, 12, 55, 113]
Тепловая энергия на поверхности Земли
Тепловой фон Земли очень важен для поддержания жизнедеятельности организмов на Земле. Тепло на поверхности Земли является само по себе физическим фактором и складывается из тепла, формируемого солнечным излучением, радиоактивного тепла горных пород и теплообразования, происходящего в геотермальных и вулканических источниках.
Т а б л и ц а 1.2
Энерговыделение на поверхности Земли
Источник энергии
|
F, (эрг/год)
|
Солнечная энергия
|
1032
|
Геотермическая энергия
|
1028
|
Упругая энергия землетрясений
|
1025
|
Энергия, теряемая при замедлении вращения Земли
|
3*1026
|
Тепло, выносимое при извержении вулканов
|
2,5*1025
|
Температурный градиент можно измерить близко к поверхности, хотя очень важно знать и глубинные распределения температуры. От этого зависят наши представления об источниках тепловой энергии планеты. В связи с этим необходимо заметить, что на глубинах 40 – 50 м под поверхностью Земли температура остается практически постоянной. Приведем данные об энергетике Земли, которую можно оценить следующим способом. Полная тепловая энергия, выделенная с площади S за время t, очевидно равна E = qtS (1.3).
Самым высокоэффективным источником тепловой энергии на Земле признают радиоактивные элементы в составе ее поверхностного слоя. Расчёты показали, что если бы концентрация радиоактивных элементов в объёме всей Земли была такой, как в её поверхностном слое, то суммарное количество тепла, образующегося в результате радиоактивного распада, в несколько десятков раз превышало бы потерю Землёй тепла путём излучения его в мировое пространство. Мы уже упоминали о роли радиоактивности горных пород в формировании теплового фона Земли.
Хотя самое большое количество энергии Земля получает от Солнца, но лишь очень малая его часть проникает в глубь планеты. Остальная часть излучается обратно в пространство. Таким образом, тепловое излучение планет – один из источников информации о состоянии поверхности планет и ее атмосферы. Методы ИК-астрономии (инфракрасной астрономии) дали очень много сведений, например, о Венере, особенно в доспутниковый период исследований. [50, 7, 97]
Тепловой поток, поднимающийся из недр Земли, является важным физическим полем. Тепловой поток мы можем наблюдать только на поверхности планеты. Он зависит от температурного градиента в измеряемой точке и определяется формулой
q = -λgradT, (1.4)
где λ теплопроводность горных пород, grad T геотермический градиент. Понятно, что для положительного теплового потока температура горных пород должна убывать, отсюда знак минус в формуле.
Нужно отметить о существовании взаимосвязи тепловых потоков и гравитационного поля, которая еще недостаточно изучена.
Магнитное и гравитационное поля Земли
Магнитное и гравитационное поля Земли являются наряду с ее атмосферой основными физическими факторами, определяющими условия жизни на планете.
Магнитное поле на Земле представляет собой естественный физический фактор, воздействующий на организм человека, напряженность которого убывает от магнитных полюсов к экватору, от 0,7 до 0,42 Эрстед (Э) соответственно. Самовозбуждение геомагнитных полей определяется движением проводящей жидкости или газовой плазмы внутри Земли. Переменная составляющая напряженности геомагнитного поля имеет величину от 7,0 105 Э до 105 Э. Частота колебаний геомагнитного поля равна от 105 до 102 Гц.
Современные магнитные исследования обнаруживают вдоль рифтовых зон Земли линейные магнитные аномалии, чередующиеся по знаку. Знак и интенсивность магнитных аномалий определяется глобальным магнитным полем, которое имело место в эпоху образования этих пород. Палеомагнитные исследования показали, что переполюсовка (смена полюсов с северного на южный и наоборот) происходит с периодом 200 000 лет, что позволяет установить геомагнитную хронологическую шкалу.
Гравитация, в отличие от геомагнитного поля и многих других физических факторов, в естественных условиях воздействует на организм человека независимо от его местоположения.
Рассматривая Землю, как элемент Солнечной системы, находящийся в постоянном взаимодействии с ее элементами – планетами и крупными космическими телами, определимся, что представляет собой космическое тело и, в частности, планета с точки зрения гравитационных взаимодействий.
Планета – это космическое шарообразное тело с массой 1017 – 1026 т. Тела меньшей массы остаются твердыми и сохраняют свою форму как угодно долго. Спутник Марса Фобос, фотографию которого мы все видели, выглядит как большой камень с массой 1016 кг. Тела с массой больше 1017 кг обладают свойством пластичности, с течением времени они принимают форму с наименьшей площадью поверхности, то есть шаровидную. Все планеты Солнечной системы находятся в состоянии, близком к гидростатическому равновесию. Планеты приобретают форму, как если бы они были жидкими. Однако если масса планеты будет больше 1026 т, то начнется термоядерная реакция и планета превратится в маленькую звезду!
Т а б л и ц а 1.3
Характеристики тел Солнечной системы
Планета
|
Большая
полуось орбиты (млн. км)
|
Средний
радиус (км)
|
Масса (кг)
|
Период
вращения
|
GM, км3c-2
|
Меркурий
|
57,91
|
2437
|
3,304 023
|
58,6 сут
|
220232±0,324
|
Венера
|
108,21
|
6050
|
4,872 024
|
-243,16
|
324859,6±0,5
|
Земля
|
149,60
|
6371
|
5,978 024
|
23 ч 56 мин 04 с
|
398600,5±0,3
|
Марс
|
227,94
|
3388
|
6,423 023
|
24 ч 37 мин 23 с
|
428288,3±0,1
|
Юпитер
|
778,3
|
69720
|
1,900 027
|
9 ч 50 мин
|
126687000±500
|
Сатурн
|
1429,3
|
57900
|
5,689 026
|
10 ч 14 мин
|
37938000±200
|
Уран
|
2875,03
|
24740
|
8,72 025
|
-10 ч 42 мин
|
5786700±1500
|
Нептун
|
4504,4
|
25000
|
1,03 026
|
15 ч 48 мин
|
6859000±8000
|
Плутон
|
5900
|
2200
|
1023 – 1024
|
6,39 сут
|
900±300
|
Луна
|
60,27 
|
1738
|
0,0123 
|
-27,32 сут
|
4902,63±0,07
|
Солнце
|
--
|
696000
|
1,99 030
|
26 сут
|
|
Основные закономерности для планет Солнечной системы:
Все планеты обращаются вокруг Солнца в одном направлении.
Все планеты Солнечной системы, кроме планет ближайших к Солнцу, Меркурия и Венеры, имеют естественные спутники.
В параметрах движений планет и их спутников выдерживаются соизмеримости, указывающие на явления гравитационного резонанса.
Действующее на поверхности Земли гравитационное поле создается силой притяжения массы Земли F и центробежной силой P, возникающей вследствие вращения Земли вокруг своей оси.
Согласно закону тяготения Ньютона, сила притяжения F определяется из выражения:  (1.5), где r – расстояние от центра Земли до притягиваемой точки; М – масса Земли; m – масса притягиваемого тела; G – гравитационная постоянная, равная в системе СИ:   .
Центробежная сила Р пропорциональна радиусу вращения l (расстояние от оси вращения) и квадрату угловой скорости , где Т – средние звездные сутки, в течение которых Земля делает полный оборот (на 360°) вокруг своей оси. Таким образом, Р = 2lcos ;
 рад/с. (1.6)
На экваторе а = 6,378160108 см, следовательно, сила, действующая на единицу массы на поверхности земного экватора, будет равна: Рэ = 2а = 3,391584 гал.
На полюсе lр = 0 и, следовательно, Рр = 0. Сила притяжения F направлена вдоль радиуса r к центру Земли, сила Р обратна действию F. Результирующая этих двух сил и будет определять силу тяжести g на поверхности Земли: g = F – Р. Таким образом, на Земле сила притяжения будет максимальной на полюсе и минимальной – на экваторе.
Величина g имеет размерность LT -2, где L – длина, Т – время, т. е. представляет собой ускорение силы тяжести в данной точке земной поверхности. Единицей измерения ускорения силы тяжести в системе СГС служит гал: 1 гал = 1см/с2. В практике гравитационных наблюдений используется более мелкая величина – миллигал (мгал). Точность современных относительных наблюдений с помощью гравиметров превышает 0,01 мгал, абсолютных наблюдений на стационарных установках – 0,0110-3 мгал.
|
