Геохимия и биогеохимия

Радон — один из самых редких элементов на Земле. Кларк его в земной коре равен п • 10-16%. Содержание его в земной коре глубиной до 1,6 км составляет всего 115 т. Природный радон, образующийся в радиоактивных рудах при распаде радия, постоянно поступает в гидросферу и атмосферу.

Кларк радона в атмосфере — 6 • 10_17%. В воздухе над поверхностью суши в среднем содержится 25,9 Бк/м3 222Яп (около 7 мкг/м3). Средняя концентрация радона в морской воде — до 3,7 • КС3 Бк/л; в речных и питьевых водах содержится 0,37—3,7 Бк/л, артезианских — 10—40, лечебных водах — более 100 Бк/л радона.

4.8.2.1. Радон в горных породах и почвах

Ничтожные количества радона находятся во всех горных породах, содержащих уран, торий и радий, поскольку радон образуется непосредственно из радия, который, в свою очередь, является продуктом распада урана и тория. Естественно, что повышенное содержание радона характерно для пород, обогащенных этими элементами — для кислых магматических пород (гранитоидов), углеродистых сланцев и некоторых других.

Радон — химически инертный газ, поэтому он относительно легко покидает кристаллическую решетку «родительского» минерала и попадает в подземные воды, природные газы и воздух. Миграция радона в земной коре происходит в газообразном или в растворенном состоянии. Выделяют два основных механизма перемещения — диффузию и конвекцию. Механизм диффузии позволяет перемещаться до 10% первоначального количества радона в воздухе на 5 м и в воде на 5 см. Другим возможным механизмом передвижения радона является его конвективное перемещение с потоками воды или воздуха. Это основой процесс, определяющий распределение радона в природе.

Содержание радона в подземном воздухе зависит не только от содержания в породах урана и тория, но и от эманирующей способности пород. Представление об этой способности дает коэффициент эманирования, равный отношению количества радона, выделяемого породами, к его количеству, образовавшемуся в этих породах за тот же интервал времени. Его величина зависит от характера породы, ее структуры и степени раздробленности.

Средний коэффициент эманирования для кислых изверженных пород близок к 10%, но граниты в зонах тектонических нарушений характеризуются уже величиной 25% (до 32%). Осадочные горные породы обладают слабым эманированием, в среднем 6% (но до 20% в наиболее благоприятных условиях). Присутствие в изверженных или осадочных породах урановых минералов резко увеличивает коэффициент эманирования, в отдельных случаях он достигает 92%, а в среднем составляет 20—40% (Попов, Куцель, 1962). Повышенным выделением радона характеризуются рыхлые и сильнотрещиноватые породы (зоны тектонических нарушений, коры выветривания и др.). Содержание эманаций в грунте увеличивается с глубиной и достигает постоянных величин на глубине 5 м.

В почву радон поступает из подстилающих пород или образуется из «материнских» радионуклидов. Концентрация радона в почвенном воздухе колеблется от 2,6 до 44,4 Бк/л. В верхних слоях почвы содержание элемента заметно уменьшается.

При распаде радия в почве, подпочвенных водах и океане ежегодно образуется соответственно 7,4 • 1019; 1,9 • 1019 и 1,1 • 1018 Бк радона (Тихонов, 2006).

4.8.2.2. Радон в гидросфере

Одна из форм миграции радона — передвижение его в растворенном состоянии. Из горных пород, содержащих уран, торий или радий, радон попадает в подземные воды. Чем выше концентрации «материнских» радионуклидов в породах, коэффициент эманирования и скорость передвижения воды, тем больше концентрация радона в подземных водах.

Наиболее высокие концентрации радона, 500 Бк/л и выше, имеют подземные воды трещиноватых массивов кислых магматических пород, значительно ниже — воды основных изверженных пород. Трещинные воды известняков, песчаников, сланцев обычно имеют концентрацию радона в пределах 10—100 Бк/л. Чем выше к поверхности земли, тем меньше концентрация растворенного радона. Хотя иногда высокие локальные концентрации радона могут быть связаны с вторичной аккумуляцией радия на испарительных и сорбционных барьерах. В грунтовых водах она обычно составляет менее 50 Бк/л, а в поверхностных — 2—5 Бк/л. Причина этого — переход радона (эма-нирование) в атмосферный воздух, а также его радиоактивный распад. Наименьшие концентрации радона отмечают в морской воде, что связано, кроме перечисленных причин, еще и с низким содержанием радионуклидов-предшественников.

Радон, содержащийся в подземных водах, является уникальным индикатором геохимических и геологических процессов. Изменение его концентраций может служить предвестником землетрясений. Так, за девять дней до землетрясения в префектуре Коба (Япония), случившегося 17 января 1995 г., концентрация радона в грунтовых водах в 10 раз превысила то значение, которое наблюдалось за четыре месяца до катастрофы.

В зависимости от геологических и гидрогеологических условий на Земле существуют территории не только с пониженными, но и с повышенными концентрациями радона в водах. Такие районы обнаружены в Бразилии, США, Индии, Канаде, Иране и других странах. В этих районах создают минеральные курорты, где воду, обогащенную радоном, используют в медицинских целях. В настоящее время в России радоновыми минеральными водами считаются воды с содержанием радона более 185 Бк/л (слабые — до 1480 Бк/л, средние — 1480—7400 Бк/л, высоко радоновые — более 7400 Бк/л). Первый в мире радоновый курорт был открыт в 1911 г. в чешском городе Яхимов, где проводили свои опыты с урановой рудой П. и М. Кюри. В России наиболее известные курорты расположены на Алтае (Бе-локуриха), Кавказе (курорты Пятигорска, Цхалтубо), Урале и Дальнем Востоке.

Радиоактивность воды открытых водоемов суши зависит не только от химического состава пород, но и от типа питания водоема и климатических условий. При грунтовом типе питания радиоактивность воды выше, при поверхностном — ниже. В зимний период в воде рек, покрывающихся льдом, радон накапливается в большей степени, чем летом. Кроме того, при повышении температуры растворимость радона в воде уменьшается.

4.8.2.З. Радон в воздухе

Из-за разности концентраций радона между почвенным воздухом и атмосферой происходит постоянный конвективный вынос радона в атмосферу. Концентрация радона в воздухе зависит прежде всего от геологической обстановки. Она выше в тех районах, где горные породы содержат повышенное количество радионуклидов — предшественников радона (радия, урана или тория). Особенно концентрации радона в воздухе возрастают в районах вулканической деятельности. Активность радона в атмосферном воздухе над сушей в 3—5 раз выше, чем над океаном вблизи берегов и в десятки—сотни раз выше, чем над океаном вдали от берегов. В воздухе над поверхностью суши содержится в среднем около 26 Бк/м3 222Яп.

Скорость, с какой радон поступает в атмосферный воздух, зависит от ряда причин: концентрации радона в почвенном воздухе, температуры, давления, скорости движения воздушных масс, наличия и толщины снегового покрова, глубины промерзания почвы и пр. При снижении атмосферного давления скорость поступления радона в воздух возрастает, а во время дождя, при наличии снежного покрова, во время таяния снегов и образования льда, напротив, уменьшается. Отмечаются сезонные колебания: в зимний период эманация радона минимальна, а в летний — она достигает максимума. В ночное время суток скорость эманирования примерно в два раза выше, чем в полуденное.

Наибольшее количество радона содержится в приземном слое атмосферы. С увеличением высоты оно уменьшается, причем концентрация торона падает быстрее, чем радона 222Яп (табл. 4.31; Сердюкова, Капитанов, 1975).

Таблица 4.31

Содержание радона (222Яп) и торона (220Яп) в атмосферном воздухе в зависимости от высоты над земной поверхностью

Высота над земной поверхностью, м

Относительное содержание 222Яп,%

Относительное содержание 220Яп,%

0

100

100

I

95

н/д

5

Н/д

70

10

87

50

25

Н/д

29

50

Н/д

5

100

69

0,5

1000

38

Н/д

7000

7

Н/д

На территории России (рис. 4.6; Уткин, 1997) к районам потенциальной радоноопасности были отнесены районы с аномально высокими концентрациями радона в выходах минерализованных вод и радия в подземных водах нефтеносных бассейнов, районы с повы-

Схема районирования территории России по потенциальной радоноопасности. Белым цветом обозначены районы потенциальной

Рис. 4.6. Схема районирования территории России по потенциальной радоноопасности. Белым цветом обозначены районы потенциальной

опасности по радону для населения

шенным уровнем содержания радия и урана в горных породах, а также области современных землетрясений и зоны активных тектонических разломов земной коры. Этими же факторами обусловлены аномально высокие концентрации радона в жилых и производственных помещениях.

4.8.2А. Радон в воздухе помещений

Основной источник поступления радона в помещения — грунт под зданием (рис. 4.7). Радон из горных пород и почвы постепенно по трещинам перемещается к поверхности Земли и проникает в дом сквозь трещины в фундаменте и через пол. Радон тяжелее воздуха, поэтому он накапливается в основном на нижних этажах зданий и в подвалах. Радиоактивность подвального воздуха в 8—25 раз выше радиоактивности атмосферного.

Вторым по значимости источником радона могут стать строительные материалы. Эманирование радона зависит от содержания радия в использованных стройматериалах, а также от микроструктуры этих материалов и изменения ее при технологической обработке. В частности, эманирование радона из стройматериалов, спекавшихся в результате высокотемпературной обработки (красный кирпич, цемент, зола, шлак, природный вулканический туф) на порядок меньше, чем из материалов, не подвергавшихся такой обработке (силикатный кирпич, песок, щебень, гравий). Из строительных материалов наименьшей удельной активностью обладает древесина (ниже 1 Бк/кг). Активность бетона в зависимости от исходных компонентов (песка и цемента), как правило, в 30—50 раз больше, чем у древесины. Велика активность гранитов, туфа, пемзы (200— 400 Бк/кг). Еще в 70-е годы прошлого столетия в Швеции, США, Канаде, Японии для производства бетона случалось использовать глиноземы, кальцийсиликатный шлак и фосфогипс с радиоактивностью до 2000 Бк/кг.

В настоящее время по нормам радиационной безопасности (НРБ—99/2009) в России запрещено использовать при строительстве

Природный газ в 4% 5%

Интенсивность поступления радона в жилые помещения

Рис. 4.7. Интенсивность поступления радона в жилые помещения

от различных источников

Наружный воздух 13%

Грунт под зданием и материал стен 78%

жилых и общественных зданий материалы с эффективной удельной активностью природных радионуклидов выше 370 Бк/кг. Кроме того, при проектировании новых зданий жилищного и общественного назначения должно быть предусмотрено, чтобы среднегодовая эквивалентная равновесная объемная активность радона и торона с дочерними продуктами распада в воздухе помещений не превышала 100 Бк/м3, а в эксплуатируемых жилых и общественных зданиях — 200 Бк/м3. При более высоких значениях объемной активности должны проводиться защитные мероприятия, направленные на снижение поступления радона в воздух помещений и улучшение вентиляции помещений.

В деревянных сельских домах концентрации радона в воздухе помещений обычно невелики, однако зимой здесь может проявиться так называемый эффект дымовой трубы или стек-эффект, вызванный подсасыванием радона из грунта под домом вследствие перепада температур и давления, особенно при плохой изоляции дома от погреба. Подобный эффект можно наблюдать и при движении лифта в многоэтажном доме.

Дополнительным источником поступления радона в жилые помещения может оказаться вода из артезианских скважин. В отличие от нее вода из открытых водоемов не представляет опасности, так как радон быстро улетучивается в атмосферу. В России установлен уровень вмешательства для 222Яп в питьевой воде (НРБ—99/2009), равный 60 Бк/л. Причем указывается, что критическим путем облучения людей за счет 222Яп, содержащегося в питьевой воде, является переход радона в воздух помещения и последующее ингаляционное поступление дочерних продуктов радона в организм.

Еще одним, хотя и небольшим, источником поступления радона является природный газ, который изначально содержит его в концентрациях порядка 100—1000 Бк/м3 (в газе из Северного моря — намного меньше, ~35 Бк/м3). Впрочем, концентрация радона в газе, поступающем на газовую плиту, зависит от времени транспортировки: за 2—3 недели перекачки газа по трубопроводам 222Яп распадается на 92—98%.

В разных странах концентрации радона в помещениях значительно различаются (табл. 4.32; ЗагпеБ Мс ЬагщЫт, 2012). В районах России с обычным уровнем естественного радиационного фона содержание 222Яп в воздухе жилых помещений составляет в среднем 40 Бк/м3 зимой и 20 Бк/м3 летом, что объясняется изменением режима вентиляции. Среднегодовая величина — 30 Бк/м3 близка к среднемировому значению — 40 Бк/м3. Известны случаи, когда в производственных подвальных помещениях, снабженных вытяжной вентиляцией, за счет которой происходит подсос радона из почвы, объемная концентрация радона достигала 8000—10000 Бк/м3, что превышало норму в 40—50 раз.

Таблица 4.32

Содержание 222(гп в воздухе жилых зданий некоторых стран

Страна

222Яп, Бк/м3

Страна

222Яп, Бк/м3

Бельгия

52

США

55

Великобритания

21

Финляндия

96

Дания

77

Франция

90

Ирландия

89

ФРГ

50

Австрия

102

Чешская Республика

118

Норвегия

88

Россия

30

4Я.2.5. Биологическое действие

О биологическом действии радона было известно уже с XVI в., хотя о существовании самого газа тогда еще никто не знал. В горах Южной Германии среди рудокопов была распространена неизвестная быстротекущая болезнь, поражающая легкие человека, которая уносила много жизней. Только в середине XX в. установили, что «горняцкая чахотка» — одна из форм рака легких, вызываемая высокой концентрацией радона.

Радон оказывает неоднозначное действие на организм человека. При малых концентрациях радона отмечается положительный эффект действия его радиации (см. п. 3.2.2). Так, давно известен оздоровительный эффект радонотерапии, которую широко используют на знаменитых курортах. Высокие дозы излучения радона могут отрицательно сказываться на здоровье человека, вызывают рак легких.

По современным оценкам, радон создает более половины дозы облучения человека от всех природных источников радиации. Он может поступать в организм человека с водой и пищей, с воздухом или через неповрежденную кожу, например при приеме радоновой ванны. Решающее значение имеет внутреннее облучение легких, куда радон поступает вместе с вдыхаемым воздухом. Наиболее опасен для здоровья ингаляционный способ воздействия радона. Радон легко растворяется в крови, воде и других жидкостях организма, значительно лучше растворяется в жирах, что обусловливает эффективное поглощение его жировыми тканями. При ингаляции радон распределяется сравнительно равномерно во всем теле, за исключением жира, надпочечников и костей. Учитывая короткий период полураспада, радиобиологический эффект самого радона невелик, действуют в основном его дочерние продукты — радионуклиды полония, висмута и свинца. Проникая в верхние дыхательные пути и оседая в них, они создают локальные очаги облучения клеток.

Выделение радона из организма независимо от способа введения осуществляется главным образом через легкие (90% общего количества при ингаляции, 60% — после купания), а также через кожу (около 40% после купания) и отчасти с мочой (0,1—0,25%); около 90% радона выделяется из организма человека за 1 ч, полностью — за 6—7 ч (Москалев, 1991).

 
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ     След >