6. POLUAREA NUCLEARĂ A MEDIULUI

- formă relativ recentă de poluare a mediului;- efecte asupra tuturor organismelor vii, indiferent de mediul de trai;- se impune tratarea în ansamblu a acestui fenomen şi nu pe diferite compartimente de mediu

ca în cazul altor poluanţi;

Originea radiaţiilor → majoritatea origine naturală: emise de litosferă/vin din spaţiul cosmic: radiaţiile γ – emise de radionuclizi naturali: thoriu, radiu, actiniu (existenţi în scoarţa terestră); K40 şi C14 → prezenţi în sol (importanţă biologică →elemente trasoare); radonul →în atmosferă (produs prin dezintegrarea radiului); radiaţiile cosmice →vin din spaţiul cosmic; radiaţiile UV →origine solară;

Natura radiaţiilor: radiaţiile X şi radiaţiile γ → unde electromagnetice de frecvenţe foarte înalte; radiaţiile β →compuşi ai electronilor (masă mică şi viteze apropiate de cea a luminii); radiaţiile cosmice şi alţi nucleoni → particule elementare ale nucleului de heliu.

Proprietăţile radiaţiilor: invizibile; se deplasează cu viteze foarte mari; pătrund în organismele vii diferit în funcţie de natura lor:

o radiaţiile α străbat epiderma;o radiaţiile β străbat câţiva centimetri de ţesut;o radiaţiile γ şi razele cosmice pot străbate chiar şi blindaje groase de plumb;

Efectele radiaţiilor → funcţie de doza lor şi de timpul de expunere: dozele puternice - doze letale → moartea organismelor în perioade variabile de timp; dozele slabe – doze subletale → modifică ireversibil structura AND-ului →mutaţii; iradieri permanente şi cu doze slabe →contaminarea radioactivă a mediului; iradieri de scurtă durată şi cu doze mari → au caracter accidental →moartea organismelor

expuse;În condiţii naturale:- toate vieţuitoarele sunt expuse permanent la surse de radiaţii, cu intensitate diferită în

funcţie de mediul de trai;- speciile sunt adaptate într-o manieră satisfăcătoare la anumite limite naturale ale radiaţiilor.

Radiaţiile ionizante:- au capacitatea de a desprinde electroni de pe straturile periferice ale atomilor → ioni cu mare

reactivitate chimică, ce modifică diferiţi constituenţi celulari → formarea în celule de peroxizi şi alţi compuşi citostatici;

Radiaţiile ionizante au două categorii distincte de efecte: somatice şi genetice.Efectele somatice: modificări fiziologice ale individului expus →tulburări variabile: de la

reducerea semnificativă a speranţei medii de viaţă → moartea aproape instantanee a individului.Efectele genetice: se manifestă pregnant asupra gametogenezei (în timpul meiozei sensibilitatea

celulelor la radiaţii este deosebit de mare) → acţiune puternic mutagenă:- alterări cromozomiale: translocaţii, deleţii;- alterări ale codului genetic: radiaţiile ionizante → radicali liberi →reacţionează cu bazele

azotate → alterează structura chimică a codonului (mutaţii chimice); 6.1. Radiosensibilitatea vieţuitoarelor la doze letale de radiaţii

1

Dozele letale - doze puternice de radiaţii, care provoacă moartea indivizilor expuşi, în intervale diferite de timp, în funcţie de doza de radiaţii, de timpul de expunere, specie, vârstă, natura ţesutului iradiat (dozele de radiaţii se exprimă în razi sau în remi);

Doza letală 50 (DL 50): doza teoretică la care 50% din populaţia iradiată moare după un interval determinat de timp.

Radiosensibilitatea vieţuitoarelor - cu atât mai mare cu cât gradul de evoluţie şi complexitate a organismului este mai mare: cele mai rezistente sunt bacteriile şi cele mai sensibile sunt vertebratele homeoterme:

DL 50, la o singură expunere:- bacterii: 1 milion de razi;- plante: câteva sute de mii de razi;- artropode: de 50.000 – 150.000 de razi;- mamifere: câteva sute de razi.

În cadrul aceluiaşi grup sistematic - radiosensibilitatea (DL 50) diferă în funcţie de specie:- musculiţa de oţet 85.000 de razi- muscă: 100.000 de razi;- specii de scorpioni şi coleoptere: 150.000 razi;

La om – efecte funcţie de doză:- 1.000 şi 100.000 de razi: moartea survine în zile, ore sau minute;- 700 de razi: mortalitate de 90% în următoarele săptămâni;- 200 de razi: mortalitatea este de 10% în următoarele luni;- sub 100 de razi:

o creşte semnificativ apariţia de cancere;o apare sterilitate permanentă la femei;o sterilitate temporară la bărbaţi.

Boala de iradiaţie se poate manifesta, în funcţie de sensibilitatea individuală, prin trei forme: o formă hematopoetică → la100 de razi: moartea survine la circa o lună, dacă nu se intervine printr-

un tratament adecvat; o formă intestinală → la o doză de prag de 500 de razi: moartea survine după circa două săptămâni; o formă cerebrală →la o doză de prag de 2000 de razi: moartea în două zile:

Radiosensibilitatea vieţuitoarelor depinde şi de vârsta indivizilor expuşi la radiaţii:- embrionii şi animalele tinere sunt mai sensibile (activitatea mitotică a celulelor mai intensă);- adulţii mai rezistenţi;

Efectele radiaţiilor depind şi de natura ţesutului iradiat:- gonadele şi măduva osoasă hematopoetică (diviziunile celulare sunt intense) - mai sensibile;- neuronii – mai rezistenţi (celule care nu se mai divid la adulţi);

6.2. Radiosensibilitatea vieţuitoarelor la doze subletale de radiaţii

2

Dozele subletale de radiaţii - doze sub un anumit prag de intensitate, care nu provoacă moartea directă a organismelor iradiate, dar produc efecte somatice şi genetice evidente, în funcţie de intensitatea dozei, timpul de expunere, specia iradiată, etc.

Efectele radiaţiilor ionizante în doze subletale:- scad vigoarea fiziologică a indivizilor expuşi:

o încetinesc creşterea;o micşorează rezistenţa la intoxicaţii cu substanţe toxice;o micşorează capacitatea imunitară de apărare a organismului: reduc sinteza acizilor

nucleici → reduc sinteza proteinelor →scad capacitatea de a elabora anticorpi → slăbesc capacitatea de apărare imunitară a organismului (pe acest fenomen se bazează chirurgia transplantului de organe, în care trebuie evitat fenomenul de respingere a grefelor);

- alterează genomul în diferite maniere → mutaţii subletale defavorabile, care se manifestă în a II-a şi a III-a generaţie:

o mutaţii cromozomiale: deleţii, translocaţii;o mutaţii chimice: modificării ale structurii chimice a codonului;

- afectează caracterele demoecologice ale populaţiilor expuse:o scad longevitatea indivizilor;o micşorează coeficientul de creştere naturală a populaţiei prin sterilizare totală sau

parţială;o scad potenţialul biotic al populaţiei prin reducerea longevităţii şi prin scurtarea perioadei

de depunere a pontei.- afectează celulele sexuale (cu atât mai puternic cu cât organismele sunt mai evoluate):

o artropode: dozele radiosterilizante 1.000 – 80.000 de razi;o mamifere: dozele radiosterilizante: cca. 100 de razi (femelele mai sensibile decât

masculii);- modificări morfologice şi fiziologice la nivel molecular, celular şi tisular:

o modificări biochimice: reducerea concentraţiei de proteine şi aminoacizi;o la nivel celular: reducerea capacităţii de creştere şi secreţie, micşorarea permeabilităţii,

distrugerea nucleului şi lichefierea citoplasmei;o la nivel tisular: tulburări ale măduvei osoase, epiteliului intestinal şi al gonadelor.

Efecte somatice şi genetice ale radiaţiilor apar numai la o anumită doză critică (sub aceasta nu apar efecte decelabile);

Noţiunea de prag de nocivitate sau doza de prag a radiaţiilor este contestată → datorită efectului cumulativ al radiaţiilor: toate dozele de radiaţii prezintă un anumit grad de risc în carcinogeneză, cel puţin pentru o anumită parte a populaţiei.

Efecte ale expunerii la radiaţii ionizante la omPrincipalele surse de expunere a omului la radiaţii ionizante:

surse naturale: radiaţiile cosmice, radioactivitatea rocilor, radonul atmosferic, ingerarea de radionuclizi naturali;

surse artificiale (tehnologice): deşeurile din industria nucleară, căderile radioactive, radiografiile medicale şi ecranele televizoarelor şi calculatoarelor;

Dozele naturale de radiaţii la care este supus omul depind de: altitudinea la care trăieşte (dozele sunt mai mari la altitudini ridicate); de natura solului (radioactivitatea naturală mai mare pe soluri granitice decât pe cele sedimentare);

3

Iradierea totală la care este supus omul în condiţii naturale este de: 207 m rad/an – la altitudinea de 3000 m şi pe sol granitic; 142 m rad/an – la nivelul mării şi pe sol granitic; 75 m rad/an – la nivelul mării şi pe sol sedimentar; 52 m rad/an – la nivelul mării.

Doza limită de radiaţii - la care poate fi expus omul fără consecinţe negative este dublul dozei medii la care este supus în condiţii naturale (Comisia Internaţională de Protecţie Radiobiologică)

Specia umană este perfect adaptată la radioactivitatea naturală din mediu: numite populaţii umane trăiesc la altitudini mari şi pe soluri cristaline, cu radioactivitate mare, fără a fi afectate.

Expunerea omului la radiaţii ionizante → efect autoamplificator de natură genetică → acţiunea mutagenă a acestor radiaţii este de tip cumulativ nu numai la nivelul individului ci şi în descendenţă:

- mărimea mutaţiei la un individ provenit din părinţi iradiaţi creşte proporţional cu doza primită de părinţi în timpul vieţii lor şi se amplifică în generaţiile următoare: o mutaţie mică, ce trece neobservată în prima generaţie, poate declanşa o adevărată catastrofă genetică la generaţiile următoare.

Efectele genetice ale radiaţiilor la om se manifestă şi prin: modificarea raportului dintre sexe: se nasc mai multe fete, care transmit direct generaţiei următoare

handicapuri fizice şi intelectuale; naşterea de copii malformaţi; naşterea de copii cu tulburări fiziologice şi psihice.

6.3. Industria energetică şi poluarea nucleară

Industria energetică nucleară – principala sursă de poluare radioactivă a mediului prin:- tehnologia utilizată în producerea de energie;- pericolul apariţiei unor accidente în timpul exploatării reactoarelor.

Primul reactor nuclear - Obninskaia în fosta URSS în 1954;- 1960 numărul reactoarelor era de 16: URSS, SUA, Marea Britanie şi Franţa;- 1975 numărul reactoarelor a crescut la 177;- 2000 - numărul reactoarelor depăşea 500.

Producerea energiei nucleare: se bazează pe folosirea unor minereuri radioactive prezente în scoarţa terestră; cei mai utilizaţi izotopi radioactivi folosiţi: U235 , U233, Pt239; cele mai mari rezerve de minereuri radioactive: CSI, China, India, Pakistan, Japonia; Europa: zăcăminte de uraniu: Franţa, Germania, Danemarca, Portugalia, Spania, Iugoslavia,

Croaţia, Cehia, Italia şi România; în România: Banat – Ciudanoviţa; în Bihor - Ştei, Moldova: Crucea, Grinţieş, Leşu; în Munţii

Apuseni - la Groapa Matildei, la Ruşchiţa – Vf. Boul, în Munţii Orăştiei şi în Carpaţii Orientali.Producţia mondială de combustibili nucleari:

- a crescut continuu în ultimii 30 de ani, de la 12.200 tone în 1970, la peste 80.000 tone în 2000;- principalii producători de combustibil nuclear: CSI, SUA, Canada, China, Africa de Sud, Franţa,

Namibia, Cehia, România şi Iugoslavia.Tehnologiile din industria nucleară → risc potenţial de contaminare a mediului:

4

în fazele de extracţie a materialului radioactiv din mine; în timpul îmbogăţirii uraniului în uzinele de separaţie izotopică; în timpul preparării “elementelor combustibile” şi ale montării lor în reactor; în timpul extragerii miezului reactorului după funcţionare şi a retratării lui în instalaţii speciale.

Depozitarea deşeurilor radioactive – nesigură: datorită cantităţilor mari rezultate; dozelor mari de substanţe radioactive conţinute; perioadelor foarte mari de dezactivare (640 de ani pentru Cs137, 490.000 de ani pentru Plutoniu239); depozitarea acestor deşeuri se face în condiţii nesigure:

o în containere speciale plasate în fundul gropilor oceanice;o în mine de sare dezafectate, care nu sunt în contact cu pânze acvifere;o tratate prin diferite metode: vitrificare;

Accidente în funcţionarea reactoarelor nucleare →potenţial pericol de contaminare a mediului:- primul accident nuclear →1979 în SUA;- al doilea accident major → Cernobâl, la 25 aprilie 1986:

o accident datorat erorii umane dar şi tehnologiei folosite;o a fost eliberată în mediu cca. 3,5% din cantitatea totală de radioactivitate a reactorului:

au murit imediat 31 de persoane, au fost grav iradiate 240 de persoane; au fost contaminate de căderile radioactive peste 3.000 km2 de pădure, păşune şi

terenuri agricole, ce au devenit inutilizabile pentru un timp nedefinit; numărul persoanelor care au avut de suferit în urma acestui accident a depăşit

25.0000, moartea lor survenind în timp; norul radioactiv a străbătut Europa →Canada şi SUA →consecinţe:

a crescut numărul copiilor născuţi cu diferite handicapuri; a scăzut rezistenţa la îmbolnăviri; a crescut incidenţa bolilor cardiovasculare şi a cancerelor.

La nivel global → în următorii 50 de ani numărul cazurilor mortale de cancer va depăşi 630 de milioane, una din cauzele majore ale îmbolnăvirilor fiind iradierea sub diferite forme;

6.4. Căderile radioactive şi consecinţele lor ecologice

Căderi radioactive – substanţe radioactive din diverse surse antropice care ajung în atmosferă şi apoi cad pe sol şi în apele Oceanului Planetar;

Sursele căderilor radioactive: substanţele radioactive provenite din experimentele de inginerie nucleară

în atmosferă (încercarea armamentului nuclear); accidentele de la centrale nucleare.

Prima experienţă nucleară → Las Alamos SUA, la 16 aprilie 1945 - începutul erei nucleare:- perioada 1954 – 1962 (perioada de încercare a armelor nucleare) →aruncate în atmosferă produse

de fisiune (în special Sr90 şi Cs137) echivalente exploziei a 8500 de bombe atomice ca cea de la Hiroshima;

- 1962 - tratatul de interzicere a exploziilor nucleare în atmosferă, dar exploziile subterane au continuat să fie experimentate în Franţa, China şi mai recent în India.

Substanţele radioactive pătrunse în atmosferă în urma exploziilor nucleare: circa 30% cad în imediata vecinătate a exploziei;

5

70% se ridică în atmosferă şi cad treptat pe sol departe de locul exploziei; cenuşa radioactivă →în stratosferă →revine pe sol prin sedimentare şi precipitaţii: radionuclizii

→contaminează solul şi apele de suprafaţă → încorporaţi în biomasa animală şi vegetală.

Consecinţele căderilor radioactive: contaminare puternică a păturilor superficiale ale oceanului (apele profundale - contaminate de

deşeurile radioactive depozitate pe fundul gropilor oceanice); încorporarea radionuclizilor în biomasa vegetalelor: din sol trec prin rădăcini → frunze şi fructe; contaminarea rapidă a lanţurilor trofice din ecosistemele acvatice şi terestre →contaminarea

alimentelor umane:o Sr90 şi I131 se concentrează în cantităţi mari în lapte;o Cs137 în lapte şi carne.

concentrarea selectivă în anumite ţesuturi:o Iodul131 → în celulele endocrine tiroidiene → noduli tiroidieni;o Cs137 şi Sr90 → în oasele şi muşchii vertebratelor homeoterme → afecţiuni ale sistemului

osos.

6.5. Poluarea radioactivă a apelor

Surse de poluare radioactivă a apelor naturale: reziduuri radioactive de la centralele nucleare; căderile radioactive care se produc în urma exploziilor nucleare experimentale sau a accidentelor

de la centrale nucleare; industria extractivă a materialelor radioactive (sterilul conţine cantităţi reduse de material

radioactiv poate contamina, prin intermediul precipitaţiilor şi a apelor de şiroire, apele de suprafaţă);

Efectele poluării radioactive: afectează toate organismele acvatice, diferit în funcţie de doza de radiaţii, de timpul de expunere şi

de specie; efecte la nivel individual:

o diminuarea vigorii fiziologice a indivizilor expuşi;o încetinirea creşterii;o atenuarea rezistenţei la intoxicaţii cu diferite substanţe;o micşorarea capacităţii de apărare imunitară a organismului;o modificări genetice: inducerea de mutaţii defavorabile.

efecte la nivel populaţional:o scăderea longevităţii indivizilor din populaţie;o scăderea coeficientului de creştere naturală prin sterilizarea totală sau parţială

indivivizilor populaţiei;o radionuclizii → efect cumulativ: se acumulează în biomasa hidrobionţilor

(bioconcentrare)→ îşi măresc treptat concentraţia în fiecare verigă a lanţurile trofice;

6