Реферат: Круговорот второстепенных элементов: цезия и стронция

Несколько лет назад геологи обнаружили значительное месторождение целестина в горах Туркмении. Голубые пласты этого ценного минерала залегают на склонах ущелий и глубоких каньонов Куштангтау-горного хребта в юго-западной части Памиро-Алая. Нет сомнения, что туркменский "небесный" камень успешно послужит нашему народному хозяйству. ...Природе не свойственна торопливость: сейчас человек использует запасы стронция, которые она начала создавать миллионы лет назад. Но и сегодня в глубинах земли, в толще морей и океанов происходят сложные химические процессы, возникают скопления ценных элементов, рождаются новые клады, но достанутся они уже не нам, а нашим далеким-далеким потомкам [3].

Стронций в живых организмах

Стронций — составная часть микроорганизмов, растений и животных. У морских радиолярий (акантарий) скелет состоит из сульфата Стронций — целестина. Морские водоросли содержат 26—140 мг Стронций на 100 г сухого вещества, наземные растения — 2,6, морские животные — 2—50, наземные животные — 1,4, бактерии — 0,27—30. Накопление Стронций различными организмами зависит не только от их вида, особенностей, но и от соотношения в среде Стронций с др. элементами, главным образом с Ca и Р, а также от адаптации организмов к определённой геохимической среде.

Животные получают Стронций с водой и пищей. Всасывается Стронций тонким, а выделяется в основном толстым кишечником. Ряд веществ (полисахариды водорослей, катионообменные смолы) препятствует усвоению Стронций Главное депо Стронций в организме — костная ткань, в золе которой содержится около 0,02% Стронций (в др. тканях — около 0,0005%). Избыток солей Стронций в рационе крыс вызывает «стронциевый» рахит. У животных, обитающих на почвах со значительным количеством целестина, наблюдается повышенное содержание Стронций в организме, что приводит к ломкости костей, рахиту и др. заболеваниям. В биогеохимических провинциях, богатых Стронций (ряд районов Центральной и Восточной Азии, Северной Европы и др.), возможна т. н. уровская болезнь.

Стронций-90

Среди искусственных изотопов Стронций 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 Стронций, 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, сё 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 лён. В семенах и плодах накапливается значительно меньше 90Sr, чем в др. 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 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 [2].

Основным источником загрязнения природы радиоактивным стронцием были испытания ядерного оружия и аварии на атомных электростанциях . Поэтому из радиоактивных изотопов стронция наибольший практический интерес представляют нуклиды с массовыми числами 89 и 90, выход которых, в большом количестве наблюдается в реакциях деления урана и плутония.

Выпавший на поверхность Земли радиоактивный стронций попадает в почву. Из почвы радионуклиды через корневую систему поступают в растения. Следует заметить, что на этом этапе большую роль играют свойства почвы и вид растения.

Выпадающие на поверхность почвы радионуклиды на протяжении многих лет могут оставаться в её верхних слоях. И ТОЛЬКО если почва бедна такими минералами как кальций, калий, натрий, фосфор создаются благоприятные условия для миграции радионуклидов в самой почве и по цепи почва – растение. В первую очередь это относится к дерново-подзолистым и песчано-суглинистым почвам. В чернозёмных почвах подвижность радионуклидов крайне затруднена. Теперь о растениях. В наибольших количествах стронций накапливается в бобовых, корнеплодах, и в меньшей мере (в 3-7 раз) в злаковых.

Животным радиоактивный стронций в основном поступает с кормом. Так как стронций относится к типичным остеотропным радионуклидам, он откладывается в костях. По величине отложений нуклида в скелете сельскохозяйственных животных их располагают в следующей последовательности: крупный рогатый скот, козы, овцы, свиньи, куры. Помимо скелета наибольшая концентрация стронция отмечена в печени и почках, минимальная – в мышцах и жире.

У лактирующих животных стронций выводится с молоком. Суточное выведение у коров разной продуктивности достигает 0,2 - 5%, у коз – 1,3%, овец 1-6% в литре от суточного поступления. Переход нуклида Sr90 из корма в молоко оценивается как 0,1% в 1 литр удоя. При переработке молока в масло переходит лишь около 1% стронция 90.

Переход 90Sr из кормового рациона курей в яйцо достигает 40% суточного поступления радионуклида, а у низкопродуктивных кур может достигать 60%. Содержание стронция в скорлупе достигает 96%, в желтке и белке содержится соответственно 3,5% и 0,2%.

Содержание стронция в морепродуктах зависит от содержания нуклида в воде и степени её минерализации. Так у рыб выловленных их Балтийского моря содержание стронция оказалось в 5 раз больше, чем у рыб Атлантического океана. У рыб стронций также в основном накапливается в скелете. Поэтому после кулинарной обработки рыбы можно получить более загрязненный продукт, чем тот, что был в начале. Так при приготовлении ухи часть радионуклидов содержащихся в костях переходит в бульон. Может также увеличиваться поступление Sr90 из рыбы при её консервировании за счёт высокой температуры под давлением, в результате которой обычно несъедобные кости размягчаются и превращаются в съедобные.

Биологическому действию радиоактивного стронция посвящены многочисленные научные публикации. Однако насколько опасно хроническое поступление в организм человека малых количеств стронция до конца не изучено.

В попытках докопаться до истины, учёные исследовали биологическое действие радиоактивного стронция на многих видах животных. Самый большой практический интерес представляют опыты, проведенные на собаках, поскольку радиочувствительность их примерно такая же, как и у человека. Результаты опытов показали, что и у собак, и у крыс отклонения фиксировались только при достаточно больших дозах [3].

Список литературы:

1) Моисеев А. А., Рамзаев П. В. «Цезий-137 в биосфере» / М. / 1975;

2) Бурков В. В., Подпоряна Е. К. «Стронций» / М. /1962;

3) Юдинцева Е. В., Гулякин И. В. «Агрохимия радиоактивных изотопов стронция и цезия» / М. / 1968;

4) Ковальский В. В. «Геохимическая экология» / М. / 1974.