Радиационное воздействие на живую природу. Осенью 1957 на радио-хим. заводе по выделению плутония (в то время носил назв. «Южно-Уральская контора Главстроя СССР», ныне — ФГУП «ПО “Маяк”») произошел одномоментный выброс из емкости — хранилища радиоактивных отходов большого кол-ва продуктов ядерного деления (см. Радиационная авария на химкомбинате «Маяк»). Из вовлеч. в сферу взрыва 20 МКи (740 ПБк) бета-активных нуклидов 2 МКи (74 ПБк) были вынесены ветром за терр. предпр. и полосой рассеялись на земную поверхность Чел., Свердловской и Тюменской обл. Образовался Восточно-Уральский радиоактивный след (ВУРС). Общая его площадь в границах 0,1 Ки 90Sr/км2 составила 23 тыс. км2. На наиб. загрязн. части следа (1060 км2) потребовалось осуществление мер радиационной защиты населения. Уровни радиоактивного загрязнения земной поверхности создали в головной части ВУРСа результирующие высокие дозы облучения живой природы (см. табл.). За начальный («острый») период в наиб. загрязн. части радиоактивного следа с макс. плотностью по 90Sr 1—4 тыс. Ки/км2 (37—150 МБк/м2) возможные поглощ. дозы могли составить: для древесной и травянистой растительности 100—800 Гр, для мышевидных грызунов 10—100, для крупных травоядных ж-ных 100—200 Гр. Через 4—5 и более лет после аварии (отдал., «хронический» период) интенсивность облучения живой природы значит. снизилась. В сравнении с «острым» периодом год. поглощ. дозы в 1990-х гг. уменьшились: в кронах сосны и березы — в 16 тыс. раз, в траве — в 2 тыс., в организме травоядных ж-ных — в 300—500 раз. На значит. части терр. радиоактивного следа наблюдавшиеся радиационные эффекты у объектов живой природы в период хронич. (непрерывного) облучения были несуществ. и, как правило, не поддавались регистрации и оценкам. Исключением являлись мелкие зимующие птицы, почв. беспозвоночные ж-ные, мышевидные грызуны, обитавшие на участках радиоактивного следа с начальной плотностью по 90Sr 1800—3200 Ки/км2 (67—120 МБк/м2) и кумулировавшие поглощ. дозы в пределах 1—10 Гр в год. Осн. облучение природных объектов пришлось на «острый» период (первые 1—2 года после аварии). Оценка состояния живой природы на территории ВУРСа была начата в 1958, почти через год после выпадения радиоактивности. В силу сложившихся обстоятельств исслед. в то время сводились к наблюдениям только за естеств. лесонасаждениями и луговой травянистой растительностью. Поэтому сведений о наличии первичных радиационных эффектов у др. представителей сухопутных и пресноводных экосистем нет. В настоящее время картина возможных последствий облучения живой природы в начальный период реконструирована путем привлечения результатов спец. экспериментов, провед. на загрязн. терр. с использованием радиоактивных изотопов и мощного передвижного источника гамма-излучения. По совр. оценкам, у биол. видов, находившихся в головной части ВУРСа, в «остром» периоде имели место радиационные повреждения на уровне клетки, организма, популяции, сообщества. В первые 1—2 года радиоактивного загрязнения наибольшему радиационному воздействию подверглись хвоя сосны, почки хвойных и листв. пород деревьев, почки возобновления травянистых растений, вегетирующая масса естеств. трав, обитающие в подстилке и на поверхности почвы мезофауна и мелкие млекопитающие. На территории с начальной плотностью по 90Sr 4 тыс. Ки/км, (150 МБк/м2) поглощ. дозы на данные биол. объекты могли составить 200—800 Гр и быть летальными для мн. биол. видов живой природы.
Радиационные эффекты у древесных растений. Различные по тяжести радиационные повреждения в естеств. лесонасаждениях проявились в головной части ВУРСа в начальный период после выпадения радионуклидов. Уже весной 1958 на отд. участках наиб. загрязн. терр. хвоя сосны приобрела желтую окраску и частично опала при миним. поглощ. дозе 5—10 Гр. Нежизнеспособной оказалась значительная часть боковых и верхушечных почек деревьев, их отмирание наблюдалось при накоплении минимально значимой дозы 2—4 Гр. В первые годы после аварии на наиб. загрязн. части радиоактивного следа деревья имели признаки частичного и значит. лучевого повреждения. Часть из них погибла. Эффекты облучения четко прослеживались на протяжении первых 3—4 лет после выпадения радионуклидов. В этот период в загрязн. насаждениях на 5—9 дней запаздывало распускание листьев березы, снижался прирост побегов и древесины, у сосны частично усыхала и опадала хвоя. При поглощ. дозах 10—20 Гр появлялись морфологич. нарушения у вновь формирующихся побегов. Увеличилась частота двойного прироста (нек-рые побеги давали прирост дважды в год). Сублетальные и летальные дозы (20—40 Гр) вызывали торможение роста веток; у нек-рых деревьев появлялись укороч. боковые побеги, почки измен. формы. Под влиянием облучения угнетался рост, отмирали верхушечные побеги, утрачивалось их доминирование. Уменьшалась скорость роста ветвей в длину и в радиальном направлении; при угнетении роста хвои и ее опаде происходило частичное или полн. усыхание побегов и веток вплоть до гибели всего дерева. Факты гибели сосны отмечены в головной части ВУРСа при миним. плотности загрязнения 6,3—7,4 МБк/м2 по “Sr и ср. поглощ. дозе 20—40 Гр — для хвои и 10—20 Гр — для почек. Повреждения березы наблюдались при дозах, превышающих дозу, получ. сосной, в 5—20 раз. Характер повреждений и их продолжительность аналогичны таковым у деревьев хвойных пород. Деревья с малым повреждением крон компенсировали проявления радиационного воздействия и через 4—5 лет после выпадения радионуклидов развивались нормально. Длит. непрерывное облучение при мощности поглощ. дозы 0,04 Гр/сут не вызывало необратимых последствий у сеянцев хвойных пород. При уровнях 90Sr в почве 15 Ки/км2 (4,6 МБ/м2) проявлялась стимуляция их роста.
Радиационные эффекты в травянистых сообществах. Радиационные повреждения луговых фитоценозов проявились в головной, наиб. загрязн. части ВУРСа в первый вегетационный сезон после выпадения радионуклидов. Признаки лучевого повреждения травянистого покрова варьировались в широком диапазоне и были обусловлены более чем 100-кратными различиями видовой радиочувствительности растений. Среди видов, слагающих травянистые сообщества на территории радиоактивного следа, радиационно наиб. уязвимы те группы растений, у к-рых генеративные органы, почки возобновления размещены на уровне поверхности почвы. У таких травянистых видов при плотности загрязнения почвы 90Sr 1—4 тыс. Ки/км2 (37—150 МБк/м2) и поглощ. дозе 100—200 Гр в первый после аварии вегетационный сезон отмечены радиационные эффекты, проявившиеся в уменьшении длины стебля, отсутствии роста проективного покрытия, изменении формы листа, верхушечных и боковых почек, сдвиге фенофаз в сторону замедл. или ускор. их прохождения, усилении вегетативного размножения радиационно устойчивых видов. Среди отмеч. ранних эффектов к наиб. серьезным относятся необратимое поражение растений и пострадиационное восстановление травянистых сообществ. Сведения, получ. при наблюдениях на территории ВУРСа, были дополнены результатами спец. исслед. массиров. воздействия радиационного фактора на природные биоценозы. В травянистых сообществах эффекты радиационного воздействия прослеживались в теч. первых 2 лет. При поглощ. дозах 1,4—2 тыс. Гр у большей части растений листья приобретали кр.-желтую окраску, позднее частично усыхали и опадали. Значит. уменьшалось испарение воды из растений. Под воздействием облучения появлялись недоразвитые верхушечные и боковые почки, происходило ускор. прохождение фенофаз, усыхание стеблей и отмирание растений. Изменился видовой состав сообщества, в 2 раза уменьшился запас надземной биомассы. Всхожесть семян была утрачена. Радиорезистентные виды сохранили способность к вегетативному размножению. Дозы в пределах 2,4—3 тыс. Гр вызывали угнетение роста и постепенное отмирание радиоустойчивых видов растений. Характер повреждений, их продолжительность аналогичны таковым у растений, погибших при меньших дозах облучения (1,4—2 тыс. Гр). При поглощ. дозах 2,4—3 тыс. Гр произошло сильное изменение видового состава лугового сообщества. Число видов уменьшилось в 10 раз, запас надземной биомассы — в 14. Способность фитоценоза к самовосстановлению сохранилась. Восстановление прежнего видового состава начиналось по истечении 4—6 лет после начала радиационного воздействия. Травянистые растит. сообщества оказались исключительно устойчивы к ионизирующему излучению.
Радиационные эффекты у животных. Исслед. животного мира на территории ВУРСа в первые 5 лет после его образования не проводились, вследствие чего оценка ранних радиационных эффектов у позвоночных выполнена путем экстраполяции результатов др. экспериментов. В «остром» периоде являются очевидными ведущая роль загрязн. кормов и внеш. облучение всего тела в формировании результирующей поглощ. дозы в организме крупных травоядных (лось, косуля). В условиях большого ареала обитания с загрязнением в 5—4000 Ки 90Sr/км2 (0,18—150 МБк/м2) поглощ. доза 0,5—1 Гр не вызовет заметных отклонений в организмах ж-ных и сокращения популяций. Признаки угнетения здоровья и даже гибель крупных копытных могли проявиться на территории с начальной плотностью 1 тыс. и более Ки 90Sr/км2 (37—150 МБк/м2) при условии дополнит. возможного внеш. облучения всего тела до 2—4 Гр. В 1970-х гг. в ходе исслед. на крупных диких ж-ных, обитавших на территории Восточно-Уральского заповедника, отмечены (у отд. особей) немногочисл. факты отклонения от нормы нек-рых гематологич. показателей, к-рые, однако, не могли быть причиной значит. снижения уровня их здоровья и сокращения продолжительности жизни. Птицы, обитавшие на загрязн. терр., не могли получить заметного ущерба от облучения. Выполн. расчеты показывают, что повыш. дозы (30—100 Гр) за «острый» период могли получить отд. особи всеядных и хищных представителей местной орнитофауны (вороны, сороки), зимующие в местах постоянного гнездования. Перелетные птицы, ежегодно возвращающиеся для вывода потомства, получили дозы существенно более низкие, чем зимовавшие. Мышевидные грызуны в головной части следа, согласно расчетам, аккумулировали в «острый» период радиационное заражение на уровне летальных доз. Восстановление их популяции могло происходить за счет миграции уцелевших ж-ных с менее загрязн. терр. Через 5 лет после выпадения радионуклидов на территории с плотностью загрязнения 1800—3200 Ки 90Sr/км2 (67—120 МБк 90Sr/км2) в результате накопления 90Sr в скелетах мышевидных грызунов поглощ. год. доза на кр. костный мозг составила: в 1962 — 4,6—8,0 Гр, в 1981 — 0,34—0,57 Гр. Мелкие грызуны в связи с особенностями своего обитания помимо внутр. облучения могли получить значит. дозу за счет внеш. бета-гамма-облучения всего тела от почв. источника. При данных уровнях доз у мелких грызунов установлены признаки влияния радиоактивного загрязнения местности на организм. Выявл. изменения прямо соответствовали как плотности загрязнения мест обитания, так и поглощ. дозе излучений. У мышевидных грызунов, обитающих на участках с плотностью загрязнения 90Sr в пределах 1800—3200 Ки/км2 (67—120 МБк/м2), выявлены отклонения в гематологич. статусе, зарегистрированы изменения морфологич. показателей нек-рых внутр. органов, массы и длины тела. У ж-ных, подвергшихся облучению в природных условиях, наблюдались сокращение продолжительности жизни, снижение выживаемости и повышение смертности в период зимовки, повышение уровня заражения паразитами крови и эктопаразитами, что свидетельствует об иммунологич. недостаточности и ослаблении защитных сил организма. Степ. изменения морфофизиол. показателей усиливалась по мере возрастания содержания радионуклидов в организме ж-ного. У мелких грызунов, значит. время обитавших в условиях непрерывного облучения, отмечена повыш. устойчивость к воздействию экстремальных факторов, проявилась радиоадаптация популяций после смены 20—30 поколений ж-ных.
Радиационно-генетические эффекты у объектов живой природы проявляются на уровне клетки, организма, популяции и сообщества. Растения и ж-ные в природе всегда существовали и существуют в условиях непрерывного радиационного воздействия, ср. значения к-рого составляют: для растений — 0,015—0,02; для фитопланктона — 0,01; для рыб — 0,003; для человека — 0,002; для моллюсков — 0,001 Гр/год. В мутационном фоне естеств. сообществ, обусловл. комплексом природных факторов, под воздействием длит. облучения появляется нек-рое число радиационно индуцир. мутаций, на к-рые сразу же после их проявления начинает действовать естеств. отбор, завершающийся установлением равновесия между давлением мутаций и действием отбора. В зависимости от длительности облучения популяций существует неск. стадий повреждений мутационного уровня: начальный — увеличение числа мутантных клеток, мутационных особей; промежуточный — формирование радиационного груза и стабилизация радиационных признаков в отд. особях и популяции; промежуточный — освобождение от радиационного груза в особи и популяции, появление радиорезистентных мутантов; завершающий — стабилизация популяции на новом уровне радиоустойчивости. Длительность периода от начала радиационного воздействия до установления стабильного уровня генетич. нарушений может быть различной и составляет: для аберраций хромосом — неск. лет, для биохим. и видимых мутаций — более 20—30 лет. На территории ВУРСа в популяциях высших древесных и травянистых растений были прослежены генетич. эффекты, индуцир. облучением в «острый» и «хронический» периоды воздействия. У сосны и березы в 1961 в головной части следа проявились повышение хромосомных аберраций в проростках семян, наличие аномальной пыльцы, снижение митотич. индекса, годичного прироста древесины, аномалии в структуре древесины. На территории с начальной плотностью загрязнения 90Sr 1—3,8 тыс. Ки/км2 (37—140 МБк/м2) у травянистой растительности в 1982—95 отмечены увеличение частоты аберраций хромосом, изменение электрофоретич. подвижности отд. ферментов. С течением времени вследствие естеств. отбора и усиления влияния процессов репарации в хронически облучаемых популяциях происходит снижение темпов мутаций хромосом в генеративных и вегетативных органах травянистой растительности. Фактов распространения мутаций за пределы ВУРСа в теч. 35-летнего периода исслед. не установлено. В популяциях растений и мелких грызунов отмечена радиационная генетич. адаптация к действию облучения. Многолетние исслед., выполн. на территории ВУРСа, привели к след. выводам: облучение популяций природных организмов приводит к интенсификации мутационного процесса; при разовом или непрерывном облучении биол. вида частота мутаций возрастает с увеличением поглощ. дозы; наличие репарационных систем, эволюционного отбора, гетерогенности популяций по радио- устойчивости снижает роль радиационных повреждений и обеспечивает устойчивое существование популяций живых организмов в условиях радиоактивного загрязнения; значит. доля вызываемых облучением мутаций быстро выводится и не передается по наследству; общее состояние живой природы в целом на территории ВУРСа не вызывает опасений, его ухудшения вследствие потенциального накопления вредного генетич. груза не происходит. Природа радиационно устойчива. Экологически предельными, определяющими сохранность типичных экосистем являются дозы: для соснового леса (доминанта — древостой) — 20—40 Гр, для березового (древостой) — 200—400 Гр, для лугов (травостой) — 500—1000 Гр, для водоемов (гидробионты) — 0,01 Гр/сут. (См. также Самовосстановление экосистем после радиационных аварий.)
