Большая советсткая энциклопедия Радиоактивность атмосферы

Радиоактивность атмосферы

Радиоактивность атмосферы, обусловлена присутствием в атмосфере радиоактивных газов и аэрозолей, попадающих в неё в результате процессов, происходящих в природе, и деятельности человека. Соответственно различают естественную и искусственную Р. а. Естественные радиоактивные газы являются изотопами радона: ²²²Rn — радон, ²²⁰Rn — торон, ²¹⁹Rn — актинон, и образуются вследствие радиоактивного распада ²³⁸U, ²³²Th и ²³⁵U (см. Радиоактивные ряды). Они поступают в атмосферу с почвенным воздухом при обмене его с атмосферным (т. н. эксхаляция) или путём диффузии. При радиоактивном распаде изотопов Rn образуются аэрозольные продукты их распада (см. Радиоактивные аэрозоли),т.к. возникающие при этом химические элементы относятся к металлам и не летучи при обычных условиях (Po, Bi и др.). При этом ²³²Rn (период полураспада T_1/2 = 3,8 сут) распространяется в пределах тропосферы, а его долгоживущие продукты распада ²¹⁰Pb (RaD), ²¹⁰Bi (RaE), ²¹⁰Po (RaF) обнаружены в стратосфере. Содержание ²²²Rn в воздухе над океанами на 2 порядка ниже, чем над материками, а концентрация над земной поверхностью уменьшается примерно вдвое на каждый км высоты. Торон и актинон вследствие малого значения T_1/2 (54 сек и 3,9 сек)присутствуют только у земной поверхности. Продукт распада торона ²¹²Pb (ThB) с T_1/2 =10,6 ч обнаруживается в нижней тропосфере. В воздухе над океанами ²²⁰Rn, ²¹⁰Rn и их продукты распада практически отсутствуют.

Основная масса естественных радиоактивных изотопов ⁷Be, ¹⁰Be, ³⁵S, ³²P, ³³P, ²²Na, ¹⁴C, ³H), возникающих при взаимодействии космического излучения с ядрами атомов химических элементов, входящих в состав воздуха, образуется в стратосфере, где и отмечаются наибольшие их концентрации.

Искусственные радиоактивные аэрозоли образуются при ядерных взрывах. Через несколько десятков сек после взрыва они содержат ~ 100 различных радиоактивных изотопов; наиболее токсичными из них считаются ⁹⁰Sr, ¹³⁷Cs, ¹⁴C, ¹³¹I. Высота заброса в атмосферу радиоактивных аэрозолей зависит от мощности и высоты ядерного взрыва, а характер их распространения — от размеров частиц и от высоты заброса их в атмосферу. Наиболее крупные частицы (сотни мкм и выше) быстро выпадают из атмосферы, распространяясь всего на сотни км от места взрыва (локальные выпадения). Однако в случае взрывов мощных ядерных бомб (эквивалентных десяткам мегатонн тринитротолуола) они попадают в стратосферу и, прежде чем выпадут на поверхность Земли, могут пройти в атмосфере тысячи км. Мелкие аэрозоли (размером не более нескольких мкм), попавшие при взрыве в верхнюю тропосферу, обычно распространяются вдоль зонального пояса широт с запада на восток, а заброшенные в стратосферу выпадают на поверхность Земли в пределах всего полушария, а в некоторых случаях — в обоих полушариях, поэтому выпадения этих аэрозолей называются глобальными.

Основной механизм очищения атмосферы от радиоактивных аэрозолей — выпадение осадков (см. Радиоактивность осадков). Среднее время t пребывания радиоактивного аэрозоля в нижней тропосфере (до момента его выпадения на земную поверхность) порядка нескольких сут,а в верхней тропосфере 20—40 сут. Радиоактивные аэрозоли, попавшие в нижние слои стратосферы, имеют t порядка года и выше. Величина t растет с увеличением высоты заброса в стратосферу. Обычно большая часть радиоактивных продуктов деления остаётся в пределах того полушария, где проведён взрыв ядерной бомбы.

Концентрация продуктов деления в тропосфере растет с высотой. Особенно большой рост отмечается при переходе через тропопазу. В стратосфере максимум концентрации продуктов деления по измерениям до осени 1961 отмечался на высоте 19—23 км (примерно на той же высоте, что и слой максимальной концентрации нерадиоактивного аэрозоля). Радиоактивное загрязнение атмосферы от предприятий атомной промышленности имеет чаще всего локальный характер; однако ⁸⁵Kr распределён по всей тропосфере.

Изучение распространения в атмосфере естественных радиоактивных аэрозолей, а также продуктов ядерных взрывов позволило получить некоторые характеристики физики атмосферы: скорость вымывания аэрозолей из атмосферы, оценку коэффициента макротурбулентной диффузии и скорости обмена между атмосферами полушарий, а также между стратосферой и тропосферой и т.д.

Лит.: Метеорология и атомная энергия, пер. с англ., под ред. Н. Л. Бызовой и К. П. Махонько, Л., 1971; Кароль И. Л., Радиоактивные изотопы и глобальный перенос в атмосфере, Л., 1972; Израэль Ю. А., Мирные ядерные взрывы и окружающая среда, Л., 1974.

С. Г. Малахов.