Глобальные выпадения цезия-137 и стронция-90 и закономерности их распределения

Стронциевая изотопная систематика магматических пород выглядит следующим образом.

Земля образовалась из солнечной туманности около 4,5 млрд лет назад, и отношение в ней 87Sr/86Sr было близко к 0,699. Эта величина известна, как BABI (наилучшее первичное отношение в базальтовых ахондритах). Оно может быть принято за первичное мантийное отношение. Изотопный состав мантии изучался путем анализа базальтов и габброидов, не испытавших значительной контаминации коровым Sr. Результаты позволяют предположить, что современные значения 87Sr/86Sr лежат в узком интервале 0,7040,002. Изотопная эволюция мантийного Sr может быть исследована путем нанесения первичных значений 87Sr/86Sr для базальтов и габбро относительно их возраста. Полученные точки не образуют единую линию эволюции Sr в верхней мантии, а дают расходящиеся линии. Кроме того, Rb/Sr – отношение в мантии могло уменьшаться во времени из-за преимущественного переноса Rb в кору, следовательно, наклоны линий мантийной эволюции уменьшаются во времени.

Первичные значения 87Sr/86Sr в древнейших гранитных породах низки (0,700-0,702), но они выше, чем в BABI. Породы гранитного состава, обогащенные Rb, играют доминирующую роль в изотопной эволюции Sr. Относительно быстрое обогащение континентальной коры радиогенным 87Sr резко контрастирует с меньшим увеличением показателя 87Sr/86Sr в верхней мантии. Это различие очень полезно, так как оно позволяет идентифицировать Sr, который находился в континентальной коре по его повышенному 87Sr/86Sr и отличать его от Sr, ведущего свое происхождение из верхней мантии. Таким образом, можно делать выводы об источниках магматических пород.

В отличие от мантии изотопная эволюция Sr в континентальной коре не может быть описана с помощью простых моделей вследствие гетерогенности коры, обусловленной неоднородностью возрастов и Rb/Sr-отношений в коровых породах. Но, несмотря на сложную историю Sr в континентальной коре, отношение 87Sr/86Sr в большинстве случаев должно быть значимо выше, чем в верхней мантии. Это является основой для интерпретации 87Sr/86Sr в магматических и осадочных породах.

Особенно необходимо отметить глобальные выпадения стронция-90 и цезия-137 и существующие закономерности их распределения.

Так, среди искусственных изотопов стронция его долгоживущий радионуклид 90Sr – один из важных компонентов радиоактивного загрязнения биосферы. Попадая в окружающую среду, 90Sr характеризуется способностью включаться (главным образом вместе с Ca) в процессы обмена веществ у растений, животных и человека. Поэтому при оценке загрязнения биосферы 90Sr принято рассчитывать отношение 90Sr/Ca в стронциевых единицах (1 с. е. = 1 мк мккюри 90Sr на 1 г Ca). При передвижении 90Sr и Ca по биологическим и пищевым цепям происходит дискриминация стронция, для количественного выражения которой находят «коэффициент дискриминации», отношение 90Sr/Ca в последующем звене биологической или пищевой цепи к этой же величине в предыдущем звене. В конечном звене пищевой цепи концентрация 90Sr, как правило, значительно меньше, чем в начальном.

В растения 90Sr может поступать непосредственно при прямом загрязнении листьев или из почвы через корни (при этом большое влияние имеет тип почвы, ее влажность, pH, содержание Ca и органических веществ и т.д.). Относительно больше накапливают 90Sr бобовые растения, корне- и клубнеплоды, меньше – злаки, в том числе зерновые, и лен. В семенах и плодах накапливается значительно меньше 90Sr, чем в других органах (например, в листьях и стеблях пшеницы 90Sr         в 10 раз больше, чем в зерне). У животных (поступает в основном с растительной пищей) и человека (поступает в основном с коровьим молоком и рыбой) 90Sr накапливается, главным образом, в костях. Величина отложения 90Sr в организме животных и человека зависит от возраста особи, количества поступающего радионуклида, интенсивности роста новой костной ткани и др. Большую опасность 90Sr представляет для детей, в организм которых он поступает с молоком и накапливается в быстро растущей костной ткани.

Биологическое действие 90Sr связано с характером его распределения в организме (накопление в скелете) и зависит от дозы b-облучения, создаваемого им и его дочерним радиоизотопом 90Y. При длительном поступлении 90Sr в организм даже в относительно небольших количествах, в результате непрерывного облучения костной ткани, могут развиваться лейкемия и рак костей. Существенные изменения в костной ткани наблюдаются при содержании 90Sr в рационе около 1 мккюри на 1 г Ca. Заключение в 1963 году в Москве Договора о запрещении испытаний ядерного оружия в атмосфере, космосе и под водой привело к почти полному освобождению атмосферы от 90Sr и уменьшению его подвижных форм в почве.

Цезий-137 (137Cs) – бета-гамма-излучающий радиоизотоп цезия; один из главных компонентов радиоактивного загрязнения биосферы. Содержится в радиоактивных выпадениях, радиоактивных отходах, сбросах заводов, перерабатывающих отходы атомных электростанций. Интенсивно сорбируется почвой и донными отложениями; в воде находится преимущественно в виде ионов. Содержится в растениях и организме животных и человека. Коэффициент накопления 137Cs наиболее высок у пресноводных водорослей и арктических наземных растений, особенно лишайников. В организме животных 137Cs накапливается, главным образом, в мышцах и печени. Наибольший коэффициент накопления его отмечен у северных оленей и северных американских водоплавающих птиц. В организме человека 137Cs распределен относительно равномерно и не оказывает значительного вредного действия.

Будет полезно почитать по теме: