Promieniowanie jonizujące powoduje wytwarzanie jonów w czasie przenikania przez materię żywą lub martwą.
Promieniowaniem jonizującym nazywamy promieniowanie, które przechodząc przez materię powoduje w wyniku zderzenia z elektronami materii, rozbijanie molekuł i atomów, pobudzanie molekuł i atomów tworzących te molekuły, wybijanie elektronów z atomów i tworzenie różnego rodzaju jonów.
PROMIENIOWANIE
JONIZUJĄCE
NIEJONIZUJĄCE
Elektromagnetyczne
Cząsteczkowe
Elektromagnetyczne
- gamma,
- alfa,
- Rentgenowskie
- beta,
- neutronowe
NATURALNE
SZTUCZNE
- promieniowanie
- elektroenergetyczne
termiczne ciał na Ziemi,
NATURALNE
linie wysokiego napięcia,
SZTUCZNE
- promieniowanie
- stacje radiowe i TV,
- kosmiczne (głównie
- medyczne (aparatura
słoneczne,
- łączność radiowa (CB
izotop węgla 14C,
rentgenowska),
- naturalne zmiany pola
radio, radiotelefony i
beryl)
- przemysłowe (wagi
magnetycznego np.
telefonia komórkowa),
- naturalne izotopy w
izotopowe, mierniki,
ziemskiego pola
- stacje radiolokacyjne i
skorupie ziemskiej
akceleratory,
magnetycznego,
radionawigacyjne,
(znanych ok. 40, m.in.
kineskopy TV itp.)
- naturalne zmiany pola
- stacje transformatorowe,
potas 40K, radon)
- energetyka jądrowa
elektrycznego (wyłado-
- sprzęt AGD
wania atmosferyczne)
Do promieniowania jonizującego zaliczamy:
promieniowanie elektromagnetyczne: gamma – o długości fali od ok. 0,5 do ok. 40 pm (pikometrów) (zasięg w powietrzu do kilkudziesięciu metrów), RTG - twarde promieniowanie rentgenowskie - długość od 5 pm do 100 pm, miękkie promieniowanie rentgenowskie - długość od 0,1 nm do 10 nm; (do osłabienia promieniowania X oraz gamma stosowane są grube osłony z ołowiu, żeliwa, betonu),
promieniowanie cząsteczkowe: alfa – są to jądra helu o masie 4 i podwójnym dodatnim ładunku elektrycznym (zasięg promieniowania bardzo krótki, do kilku centymetrów w powietrzu, kartka papieru nie przepuszcza promieni alfa), beta – są to ujemne elektrony i pozytrony (zasięg w powietrzu wynosi kilkadziesiąt centymetrów; promieniowanie beta możemy zatrzymać blachą aluminiową).
Rozróżniamy promieniowanie naturalne i sztuczne.
Promieniowanie naturalne pochodzi z przestrzeni kosmicznej i od naturalnych pierwiastków ze skorupy ziemskiej. Promieniowanie za źródeł naturalnych stanowi tzw.
tło naturalne promieniowania.
Natężenie promieniowania kosmicznego zależy od wielu czynników, m.in.: aktywności słońca, szerokości geograficznej czy wysokości nad poziom morza (np. na Kasprowym Wierchu w Tatrach moc dawki jest 3 razy większa niż w Gdańsku).
Znanych jest około 40 naturalnych izotopów promieniotwórczych, z których niektóre są zawarte w dawce otrzymywanej przez człowieka.
Organizm człowieka jest napromieniowany zewnętrznie i wewnętrznie. Z zewnątrz dociera do organizmu promieniowanie kosmiczne oraz od izotopów znajdujących się w środowisku przyrodniczym. Od wewnątrz otrzymujemy promieniowanie najczęściej radu, polonu, potasu 40 i toru. Pierwiastki te przedostają się do naszego organizmu drogą pokarmową i oddechową.
Do sztucznych źródeł zalicza się pierwiastki promieniotwórcze wytworzone przez człowieka.
Do najbardziej niebezpiecznych radioizotopów należą radioaktywne izotopy: strontu, jodu i cezu.
Skutek zdrowotny promieniowania jonizującego zależy od sumarycznej dawki pochłoniętej przez człowieka. Skutki zdrowotne promieniowania zależą od:
1. Rodzaju promieniowania jonizującego.
2. Natężenia tego promieniowania.
3. Czasu ekspozycji organizmu żywego.
Biologiczne skutki promieniowania jonizującego u ludzi można podzielić na dwie grupy: 1. somatyczne - występujące bezpośrednio po napromieniowaniu całego ciała.
Późniejsze skutki takiego napromieniowania to białaczka, nowotwory złośliwe kości, skóry, zaćma, zaburzenia przewodu pokarmowego, bezpłodność.
2. genetyczne - związane z mutacjami w obrębie materiału genetycznego. Małe dawki promieniowania pochłonięte jednorazowo, dają obraz morfologiczny w
postaci zmutowanych organizmów dopiero w kolejnych pokoleniach. Z kolei duże
dawki są najczęściej dawkami letalnymi.
Dawkę promieniowania jonizującego mierzy się w grejach, Gy.
1 Gy= 1J/kg
Do oceny stopnia zagrożenia promieniowaniem jonizującym służy biologiczny równoważnik dawki wyrażony w sivertach, Sv.
1 Sv = 1 Gy * k
k – współczynnik zależny od rodzaju promieniowania (dla γ=1, dla β=1,7, dla α=20).
Średnia sumaryczna dawka roczna promieniowania jonizującego na osobę w Polsce wynosi ok. 3,5 mSv/osobę/rok. W czasie swojego życia statystyczny Polak jest napromieniowany przez źródła sztuczne w około 27%.
Wśród źródeł sztucznych dominującą dawką promieniowania pozostaje promieniowanie rentgenowskie (medyczne) i stanowi ok. 24 %.
Najbardziej odporne na promieniowanie jonizujące są wirusy, dla których dawka powodująca śmierć 50% badanej populacji w ciągu 30 dni wynosi 5000 Gy.
Dla człowieka dawka ta jest równa ok. 5 Gy.
Dla osy 1000 Gy.
Dla szczura 8 Gy.
Dla psa 2,6 Gy.
27%
Naturalne
Sztuczne
Roczny efektywny równoważnik dawki promieniowania jonizującego z poszczególnych źródeł
16,0%
21%
13,0%
radon
50%
gamma
wewnetrzne
kosmiczne
Udziały promieniowania ze źródeł naturalnych
zawodowe
medyczne
94%
awarie
inne
3%
2%
1%
Udziały promieniowania ze źródeł sztucznych
EFEKT CIEPLARNIANY
Ocieplenie klimatu na przestrzeni ostatnich kilkudziesięciu lat stało się przedmiotem zainteresowania naukowców, rządów i organizacji międzynarodowych. Pojawiające się silne lokalne wiatry, intensywne i długotrwałe susze, rosnąca liczba tajfunów, masowe obumieranie koralowców, zanik pokrywy śnieżnej w niektórych górach są odczytywane jako postępujące zmiany klimatyczne, które zagrażają cywilizacji ludzkiej w skali globalnej.
W historii Ziemi jej klimat ulegał wielu zmianom i w przyszłości nadal będzie ulegać zmianom.
Ma na to wpływ cykl roczny wynikający z ruchu Ziemi wokół Słońca, a także cykle trwające dziesiątki i setki tysięcy lat spowodowane m.in. przez przemieszczanie się kontynentów, biegunów, ruchem obrotowym Układu Słonecznego i galaktyki.
Bezpośrednim skutkiem zmian klimatycznych jest zmiana składu chemicznego atmosfery i jej temperatury. Współczesna postać atmosfery ziemskiej (bez uwzględniania zanieczyszczeń antropogenicznych) zapewnia przetrwanie i rozwój życia na Ziemi przez wiele setek tysięcy lat. Około 99% składu atmosfery stanowią tlen i azot, w śladowych ilościach (0,07%) występują w atmosferze gazy, które odgrywają istotną rolę w ochronie życia, a ich działanie polega na utrzymywaniu temperatury atmosfery na poziomie optymalnym dla organizmów żywych.
Do gazów tych należą m.in.:
para wodna (jej udział w efekcie cieplarnianym szacuje się na ok. 60%),
CO2,
metan,
podtlenek azotu,
chlorowcopochodne węglowodorów (freony),
ozon.
50
50
45
]
40
cie
35
Dwutlenek węgla
[%m 30
y
Me tan
efek
n
25
18
ia
Fre o ny
ł w
rn
20
14
12
Ozo n
zia
la
d
15
6
U
Po dtle ne k azo tu
ciep
10
5
0
Szacunkowy udział gazów cieplarnianych w efekcie cieplarnianym
(z pominięciem pary wodnej)
Gazy cieplarniane mają specyficzną właściwość pozwalającą na kształtowanie równowagi energetycznej w układzie: Ziemia – atmosfera. Są one przezroczyste dla krótkofalowego promieniowania słonecznego, natomiast pochłaniają niektóre zakresy promieniowania długofalowego powierzchni Ziemi. Dzięki istnieniu wymienionych gazów temperatura powietrza przy powierzchni ziemi umożliwia rozwój życia. Gazy te noszą nazwę cieplarnianych. Ich brak w atmosferze objawiłby się spadkiem temperatury w skali całej Ziemi ok. 33 stopnie (średnia temperatura na Ziemi obniżyłaby się z +15 oC do – 18 oC).
Mechanizm oddziaływania gazów cieplarnianych na bilans energetyczny Ziemi określa się mianem EFEKTU CIEPLARNIANEGO.
A T M O S F E R A
Promieniowanie słoneczne ogrzewa
Częś p
ć promieniowania
owierzchnię Ziemi i w postaci
słonecznego odbita od
promieniowania cieplnego emitowane
atmosfery (przez chmury i
Promieniowanie cieplne
jest do atmosfery
S
pyły) i od powierzchni Ziemi (podczerwone) wychodzące
ZIEMIA
O3
N
2
O
GAZY CIEPLARNIANE
CO2
CFC
H
2O
CH4
Reemisja promieniowania w wyniku
oddziaływania gazów cieplarnianych
Promieniowanie
słoneczne
dochodzące do Ziemi
Promieniowanie słoneczne ogrzewa powierzchnię Ziemi i w
postaci promieniowania cieplnego emitowane jest do atmosfery
Z I E M I A
Dopiero w XX wieku efekt ten stał się problemem w wyniku stałego wzrostu koncentracji w atmosferze gazów cieplarnianych pochodzenia antropogenicznego. Współcześnie samo określenie efektu cieplarnianego potocznie kojarzone jest z zakłóceniem bilansu cieplarnianego Ziemi powodowane zasadniczo zmianami zawartości gazów cieplarnianych w atmosferze.
Skutkami postępowania efektu cieplarnianego będą:
podnoszenie się poziomów mórz w wyniku topnienia lodowców,
wzrost ilości opadów wskutek zwiększenia parowania wód,
zwiększanie średniej temperatury na Ziemi,
niebezpieczeństwo rozprzestrzeniania się chorób oraz pasożytów,
zmiany rozmieszczenia roślin i zwierząt.
CHARAKTERYSTYKA GŁÓWNYCH GAZÓW CIEPLARNIANYCH
Gazy pochodzące ze źródeł naturalnych, które odgrywają zasadniczą rolę w efekcie cieplarnianym to: para wodna, metan, CO2, podtlenek azotu, ozon. Do gazów cieplarnianych pochodzenia wyłącznie antropogenicznego należą chlorowcopochodne węglowodorów.
Zalicza się tu m.in. freony oraz związki chloru i bromu. Działalność człowieka powoduje również wzrost stężenia w atmosferze metanu, CO, CO2, podtlenku azotu. Szczególnie duży wzrost stężenia CO2 w atmosferze przyczynia się w istotny sposób do efektu cieplarnianego.
Średni czas trwania
Gaz cieplarniany
Charakterystyka
cząsteczki
w atmosferze
CO2
Około 96% obecnej emisji pochodzi ze źródeł
naturalnych
(procesy
oddychania,
pożary,
działalność wulkanów), 4% to wynik emisji
do 120 lat
antropogenicznej
(75%
jest
spowodowane
spalaniem surowców energetycznych, a około 25%
deforestacją - czyli wylesianiem).
CH4
Powstaje w wyniku beztlenowego rozkładu materii
organicznej (bagna, zalewowe obszary strefy
podzwrotnikowej
i
w
tundrze,
działalność
wulkanów). Źródłami antropogenicznymi metanu są
m.in.: hodowla zwierząt, pola ryżowe, ścieki,
ok. 11 lat
wysypiska
odpadów,
uwalnia
się
podczas
wydobycia surowców energetycznych. Roczna
emisja
metanu
ze
źródeł
antropogenicznych
przewyższa o ponad 200% emisję naturalną.
N2O
Powstaje
w
wyniku
procesów
biologicznych
zachodzących naturalnie w glebie i w wodzie.
Źródłem antropogenicznym jest spalanie paliw
ok. 132 lata
energetycznych oraz nawożenie gleb nawozami
sztucznymi.
O3
Pełni
ważną
rolę
w
pochłanianiu
części
promieniowania ultrafioletowego dochodzącego ze
Słońca do Ziemi. Zanotowano lokalne zmniejszenie
się koncentracji ozonu w stratosferze (powstawanie
tzw.
dziur
ozonowych).
Jest
on
niszczony
związkami chloru i bromu w stratosferze. Istnieje
bezpośredni związek między zwiększoną ilością
promieniowania UV, które przebija się przez cieńszą
warstwę ozonową, a skutkami dla życia na ziemi
(m.in. wymieranie raf koralowych, niszczenie
planktonu, wzrost zachorowań na nowotwory
skóry).
Związki chloru i
Do grupy tej należą m.in. halony, czterochlorek
bromu
węgla, chloroform metylowy oraz bromek metylu.
Źródłem emisji tych gazów jest głównie przemysł
(urządzenia chłodnicze, gaśnice, środki czyszczące,
kosmetyki, pianki poliuretanowe). Ponieważ związki
od kilku miesięcy
te niszczą m.in. ozon, zmienia się technologię
do 500 lat
produkcji zastępując te gazy innymi. Pomimo tego
koncentracja tych gazów w atmosferze będzie się
zwiększać jeszcze przez wiele lat. Cechuje je duża
pojemność cieplna (ok. 1000 razy większa niż CO2).
1. Dojlido J.R.: Ekologia i ochrona środowiska. Wyd. Politechniki Radomskiej. Radom 1997.
2. Mackenzie A.: Ekologia. krótkie wykłady. PWN, Warszawa 2007.
3. Strzałko J., Mossor-Pietraszewska T.: Kompendium wiedzy z ekologii, PWN, Warszawa 2006.
4. Wiąckowski S.: Ekologia ogólna. Wyd. BRANTA, Bydgoszcz 2008.
5. Wnuk Z.: Wybrane zagadnienia z ekologii i ochrony środowiska. Oficyna Wydawnicza PRz, Rzeszów 1997.