Historia | Teoria | Praktyka | Wybuchy | Efekty | Bibliografia

Fala uderzeniowa

Niszczycielskie działanie fali uderzeniowej powoduje przede wszystkim zniszczenia i obrażenia mechaniczne. Organizmy żywe (zwierzęta i rośliny) są wprawdzie raczej odporne na działanie samego nadciśnienia, jednak uderzenie czoła fali i potężne wiatry miotając przedmiotami lub samymi zwierzętami mogą przyczyniać się do powstania ran i stłuczeń oraz obrażeń wewnętrznych takich jak krwotoki czy złamania. Rośliny typu krzewy czy drzewa mogą zostać wyrwane z korzeniami, połamane lub w najlepszym przypadku odarte z liści. Ludzie często giną pod gruzami walących się budynków. ([2] s. 97-114, [3] s. 36)

Obszar działania fali uderzeniowej dzieli się na strefy różniące się od siebie rodzajem uszkodzeń ilością ofiar. Przykładowy podział na strefy dla eksplozji naziemnej przedstawia poniższa tabela (za [17]):

nadciśnienie energia wybuchu: kt promień strefy
>20 psi (ok. 1380 hPa) strefa I Uszkodzone lub zniszczone nawet budowle silnie wzmocnione, śmiertelność bliska 100% m
>10 psi (ok. 690 hPa) strefa II Uszkodzone lub zniszczone nawet budynki wzmocnione, większość ludzi nie żyje m
>5 psi (ok. 345 hPa) strefa III Większość budynków zniszczona, powszechne wypadki śmiertelne m
>3 psi (ok. 207 hPa) strefa IV Zapadają się domy mieszkalne, dużo poważnych obrażeń i sporadyczne wypadki śmiertelne m
>1 psi (ok. 69 hPa) strefa V Wybite szyby, lekkie obrażenia spowodowane padającymi przedmiotami m
Tabela 1.
Wyniki mają maksymalny błąd rzędu 10% w przedziale 1 kt - 20 Mt.

Ludzie wytrzymują bez żadnego specjalistycznego osprzętu do 40 psi. Mogą nastąpić pęknięcia błon bębenkowych w uszach, ale same jako takie nie stanowią zagrożenia dla życia. Jednostka psi (ang. "pound per square inch" - "funt na cal kwadratowy") służy do mierzenia nadciśnienia, np. pod wodą. 1 psi wynosi 6,89 kPa, co odpowiada ciśnieniu panującemu na głębokości ok. 70 cm. Jednostka ta była w powszechnym użyciu w USA w czasie przeprowadzania prób nuklearnych w latach 50-tych i 60-tych, stąd użycie jej przy podziale stref. Obecnie do mierzenia ciśnienia stosuje się częściej inne jednostki takie jak: paskal (1 Pa = 1 N/m2), bar (1 bar = 100 kPa), atmosfera techniczna (1 at = 1 kg/m2 = 980,665 hPa) lub częściej używana atmosfera fizyczna (1 atm = 1013,25 hPa, jest to średnie ciśnienie powietrza na poziomie morza), a także milimetry słupa rtęci zwane też torami (1 Tr = 1 mm Hg = 133,322 N/m2). Ta ostatnia jednostka lepsza jest przy niskich ciśnieniach i stosuje się ją raczej do opisu stanów bliskich próżni, ale takie stany na ogół nie występują przy eksplozjach atomowych. ([10], [11])

Podobny podział stosuje się do lasów, przy czym lasy iglaste są bardziej odporne (za [2] s. 319-321):

strefa I i II ponad 90% drzew obalonych, pozostałe ogołocone z liści, gałęzi i kory
strefa III ok. 30% drzew obalonych, pozostałe silnie uszkodzone
strefa IV niewiele drzew obalonych, widoczne wyraźne uszkodzenia
Tabela 2.
Promieniowanie cieplne

Promieniowanie cieplne działając na materię nieożywioną lub ożywioną może spowodować zapalenie się jej lub inne zmiany strukturalne związane ze zwiększoną temperaturą. Natężenie światła podczas maksymalnie kilku sekund emisji podczas eksplozji może osiągnąć 1000 W/cm2 (dla porównania natężenie światła górującego Słońca w Polsce wynosi średnio ok. 0,014 W/cm2). Podobne warunki powstają przy bezpośrednim kontakcie z palnikiem acetylenowym. Sucha trawa, ściółka leśna czy krzewy mogą się zapalić, dużo trudniej zapalają się rośliny wodne i drzewa, częściej uschłe liście opadłe na ziemię. Naświetlone zwierzęta i ludzie ulegają poparzeniom, których charakter zależy od mocy bomby i odległości od miejsca eksplozji. Większa bomba emituje światło dłużej niż mniejsza, przez co jego intensywność jest mniejsza i potrzeba większej ilości promieni (energii), by wywołać oparzenie. Wyszczególnienie głównych rodzajów poparzeń przedstawia poniższa tabela :

energia wybuchu: kt promień strefy
oparzenia 1-szego stopnia Zaczerwienienie skóry, ból, mija po kilku godzinach m
oparzenia 2-giego stopnia Zaczerwienienie, po paru godzinach bąble spowodowane uszkodzeniami w tkankach skóry, pęknięte pęcherze mogą być przyczyną powikłań, po jakimś czasie skóra regeneruje się m
oparzenia 3-ciego stopnia Giną wszystkie tkanki skóry, która nie może się regenerować, przez co goi się długo, często niezbędna transplantacja, możliwa utrata osocza i infekcje m
oparzenia 4-tego i 5-tego stopnia Zniszczone tkanki podskórne, możliwe odparowanie skóry i tkanek, brak szans na leczenie blisko centrum
Tabela 3.
Wyniki mają maksymalny błąd rzędu 10% w przedziale 1 kt - 20 Mt.

Fala uderzeniowa w połączeniu z promieniowaniem cieplnym daje dodatkowe zagrożenie uszkodzenia mechanicznego poparzonych tkanek, co może zredukować ich możliwości regeneracyjne i przede wszystkim odsłonić warstwy podskórne na działanie infekcji i skażeń promieniotwórczych. Ludność w Hiroszimie i Nagasaki posiadała wiele rodzajów uszkodzeń naraz spowodowanych różnymi czynnikami rażenia. ([2] s. 604-667)

Silny błysk towarzyszący eksplozji może też być przyczyną czasowej bądź trwałej utraty wzroku. Zdecydowanie najpospolitsza jest chwilowa ślepota spowodowana zużyciem całego barwnika siatkówki przez intenywne światło. Czas regeneracji trwa od kilku sekund do kilku minut. Dłuższe uszkodzenia to katarakty, bóle oczu i zapalenia rogówki, jakie zanotowano np. w Hiroszimie. Najbardziej poważnym uszkodzeniem jest poparzenie siatkówki, które występuje najczęściej przy skierowaniu wzroku w miejsce eksplozji. Uszkodzenia są poważniejsze, jeśli wybuch nastąpił w nocy lub w innych okolicznościach, gdy źrenica oka jest rozszerzona i przepuszcza dużą ilość światła. ([17])

Promieniowanie jonizujące

Promieniowanie powstające wskutek rozpadów jądrowych może mieć wieloraki wpływ na rośliny i zwierzęta. Do najbardziej znanych efektów należą:
- poparzenia popromienne powodowane dostarczaniem energii do tkanek przez kwanty gamma lub cząstki beta i (jeśli materiał skażony dostał się do wnętrza organizmu) alfa,
- generacja tzw. wolnych rodników, toksycznych związków chemicznych mogących spowodować rakotwórcze zmiany w komórce,
- niszczenie (zrywanie) łańcuchów DNA, które, choć odwracalne, może doprowadzić do mutacji komórek lub ich śmierci.

Do szacowania ilości promieniowania, na jakie wystawione są organizmy żywe, stosuje się kilka wielkości odpowiadającym różnym aspektom promieniowania. Przede wszystkim określa się aktywność źródła promieniotwórczego jako ilość rozpadów zachodzących na sekundę w określonej ilości danego materiału. Jednostkami aktywności są bekerel (1 Bq = 1 rozpad/s) i kiur (1 Ci = 3,7.1010 Bq, jest to aktywność 1 g radu 226Ra). Drugą ważną wielkością jest dawka pochłonięta, odzwierciedlająca ilość energii pochłoniętej przez dany obiekt. Wyraża się ją w grejach (1 Gy = 1 J/kg, taka ilość energii powoduje wzrost temperatury 1 g wody o 0,24 K) lub w radach (1 rad = 1 "radiation absorption dose" = 0,01 Gy). Ponieważ jednak efekty działania promieniowania są różne w zależności od jego rodzaju, stosuje się inną wielkość opisującą te działanie zwaną dawką równoważną (zwaną także "równoważnikiem dawki") i używa się innych jednostek. Dawka równoważna to dawka pochłonięta pomnożona przez współczynnik wR określający szkodliwość danego typu promieniowania, a jej jednostką jest: siwert (1 Sv = 1 Gy . wR) lub rem (od ang. "rad/roentgen equivalent for man" - "równoważnik rada/rentgena dla człowieka", 1 rem = 1 rad . wR). ([5] s. 150) Poniżej przedstawiono wartości wR dla różnych cząstek ([13], [14]):

cząstka energia wR
alfa wszystkie 20
beta wszystkie 1
gamma wszystkie 1
neutrony <10 keV 5
10-100 keV 10
0,1-2 MeV 20
2-20 MeV 10
>20 MeV 5
protony >2 MeV 5
Tabela 4.
przy czym zakłada się, że cząstki alfa pochodzą ze źródeł znajdujących się wewnątrz organizmu. W przeciwnym razie ich działanie jest znikome, gdyż cząstki alfa nie przenikają przez ludzką skórę.

Jednak zniszczenia mogą być różne w zależności od budowy czy funkcji tkanek, które mogą znaleźć się w obrębie działania promieniowania. Dlatego korzysta się też z dawek pochłoniętych przeliczonych przez czynnik ważący wT odpowiadający wrażliwości różnych tkanek na promieniowanie. Wtedy mówi się o dawce skutecznej (zwanej też "dawką efektywną" lub "efektywnym równoważnikiem dawki"). Jej wartość uzyskuje się poprzez pomnożenie dawki równoważnej przez współczynik wT określający stopień narażenia różnych narządów na uszkodzenie promieniowaniem. Tym razem jednak jednostka nie ulega zmianie, nadal jest nią siwert (1 Sv). Jeśli napromienieniu uległo całe ciało, to w ten sposób można wyliczyć, jaki był efekt promieniowania na poszczególne tkanki. Poniższa tabela przedstawia wartości współczynnika wT ([14]):

narząd lub tkanka wT
gruczoły płciowe
szpik kostny
jelito grube
płuca
żołądek
pęcherz moczowy
gruczoły sutkowe
wątroba
przełyk
tarczyca
skóra
powierzchnia kości
pozostałe
0,20
0,12
0,12
0,12
0,12
0,05
0,05
0,05
0,05
0,05
0,01
0,01
0,05
całe ciało 1,00
Tabela 5.

Jest jeszcze dawka ekspozycyjna wyrażana w rentgenach (1 R = 2,58.10-4 C/kg, odpowiada to zdolności promieniowania do jonizacji powietrza). Innymi użytecznymi wielkościami są moce dawek, czyli dawki podzielone przez czas, w jakim zostały otrzymane. Wyraża się je wtedy np. w Gy/h lub rem/minutę. ([12])

Działanie na organizmy żywe

Organizmy żywe stanowią biosferę, czyli integralną część Ziemi w postaci, jaką znamy. Materia ożywiona rządzi się nieco innymi prawami niż nieożywiona, przynajmniej w skali makroskopowej i w przebiegu procesów chemicznych, dlatego samo określanie zależności między promieniowaniem i jego dawkami a stanem materii żywej nie wystarcza. Należy uwzględnić procesy dynamiczne takie jak mechanizmy obronne czy wymianę materii z otoczeniem, które mogą mieć dodatkowy dobry lub zły wpływ na skuteczność działania broni jądrowej. Czegokolwiek by jednak nie powiedzieć, efekty eksplozji jądrowych nigdy nie są pozytywne. ([5] s. 146-189, [4])

Mechanizmy destrukcji w tkankach

Najczęściej promieniowanie nie oddziałuje bezpośrednio z materiałem genetycznym zawartym w jądrze komórkowym, które jest dużo mniejsze niż cała reszta cytoplazmy. Najczęściej prowadzi ono do generacji tzw. wolnych rodników np. wskutek jonizacji wody (powstają jony H+ i OH-). Te jony oddziaływując z inną materią "psują" ją, w szczególności mogąc niszczyć łańcuch DNA. Także neutrony mają dość dużą zdolność do tego rodzaju destrukcji. W ogólności to właśnie promieniowanie cząstkowe lepiej oddaje energię tkankom poprzez zderzenia mogące wywołać w organizmie całą kaskadę reakcji. Promieniowanie elektromagnetyczne ulega rozproszeniu lub osłabieniu, ale często przenika przez organizm na wskroś.

Zniszczenia łańcucha DNA, który ma kształt podwójnej helisy, mogą być dwojakiego rodzaju: pęknięcia jednej nici i pęknięcia obu nici. Tylko pęknięcie dwuniciowe zrywa całkiem łańcuch i może doprowadzić do mutacji, jeśli nie zostanie właściwie naprawione. Najczęściej jednak zniszczenia w obrębie komórki, takie jak pęknięcia błony komórkowej, zniszczenie mitochondriów lub wakuoli czy zerwanie łańcucha DNA w zawiadującym procesami komórki jądrze komórkowym, prowadzą prostą drogą do jej obumarcia. Martwa komórka jest już tylko zbiorowiskiem materii i nie może spowodować choroby. Jej szczątki są wchłanianie przez tkankę i ma to miejsce każdego dnia w każdym zwierzęciu czy roślinie. Oczywiście zbyt duża ilość martwych komórek tkanki także oznacza jej śmierć, a co za tym idzie możliwość śmierci całego organizmu, ale dawka promieniowania prowadząca do takiego stanu musi być ogromna (patrz "choroba popromienna"). ([5] s. 157-167, [13])

Naturalna odporność

Powstające wolne rodniki po jakimś czasie mogą się neutralizować nie czyniąc żadnej krzywdy, ale na to potrzeba czasu. Większość pomniejszych zniszczeń może zostać naprawiona przez naturalne mechanizmy obronne komórki czy też całego organizmu. Istnieją także mechanizmy naprawy zerwanych nici DNA. Wyksztaciły się one, bowiem po każdym większym wysiłku pojawiają się takie uszkodzenia. Z reguły naprawa nie trwa dłużej niż godzinę. Problemem w tym przypadku może być prawidłowość dokonanej naprawy. Przy zerwaniu obu nici DNA w dwóch lub więcej miejcach pojawia się niebezpieczeństwo, że "połatany" łańcuch będzie inny od pierwotnego. W ten sposób tworzy się mutacja. Ale sama mutacja to jeszcze nic złego. Zmutowana komórka może okazać się nieżywotna, wtedy umrze nie wyrządzając szkód. Mutacja może także nie wpływać na działanie komórki lub wręcz wpłynąć pozytywnie. Najgorszym i niepożądanym przypadkiem jest sytuacja, gdy mutacja zahamuje naturalny mechanizm apoptozy, czyli zaprogramowanej śmierci i komórka zacznie pomnażać się intensywnie. Dopiero wtedy mamy do czynienia z nowotworem. Z racji konieczności namnażania komórek nowotworowych na tę chorobę najbardziej podatne są tkanki, w których często następuje wymiana komórek. Należą do nich krew czy produkujący krwinki szpik kostny, a nie należy np. układ nerwowy. ([5] s. 157-167, [13])

Ocenia się, że dawka 1 Sv powoduje powstanie 1000 uszkodzeń jednoniciowych i 40 uszkodzeń dwuniciowych DNA w jednej komórce. Przeciętny Polak w ciągu roku otrzymuje dawkę 2,4 mSv z naturalnych źródeł promieniowania oraz ok. 0,9 mSv ze sztucznych, którymi są w przeważającej większości prześwietlenia rentgenowskie. Nie ma pewności, czy istnieje próg dawki skutecznej, poniżej którego organizm jest całkowicie odporny na działanie promieniowania, faktem jest natomiast obserwacja, że małe dawki naświetleń nieraz podnoszą odporność. Z danych statystycznych dotyczących zachorowalności po eksplozjach nuklearnych i wypadkach z udziałem materiałów promieniotwórczych oszacowano pesymistyczny współczynnik zachorowalności na raka jako 0,4 przypadka śmiertelnego na 1 Sv dawki skutecznej. Oznacza to, że około 12% osób, które otrzymało taką dawkę, umrze z powodu promieniowania. Dawka 1 Sv jest jednak bardzo duża, zwykle przeciętny człowiek otrzymuje dawki tysiące razy mniejsze. Można zatem śmiało stwierdzić, że tak naprawdę znacznie więcej zgonów na raka powodowanych jest przez palenie tytoniu. ([5] s. 157-167, [13])

Promieniowanie naturalne pochodzi z reguły od promieniowania radonu (lotnego produktu rozpadu radu zawartego w glebie, ok. 55%), promieniowania kosmicznego (ok. 12%) oraz izotopów promieniotwórczych zawartych w glebie, pożywieniu czy nas samych (ok. 33%). Badania przeprowadzane w krajach zachodnich na żywności wskazują, że pokarm wywołujący aktywność ciała ludzkiego 170 Bq/kg składa się z:
- mleka (50-80 Bq/kg),
- ziemniaków (150 Bq/kg),
- pszenicy (140 Bq/kg),
- mięsa (90 Bq/kg),
- warzyw (100 Bq/kg),
- owoców (40 Bq/kg). ([5] s. 152-153)
Każdy organizm, póki żyje, zawiera w sobie sporą ilość izotopu węgla 14C (okres półrozpadu 5730 lat). Jest on wchłaniany w czasie procesów wymiany materii z otoczeniem w ilościach wyrównujących ilość, która rozpada się wysyłając promieniowanie beta. W żywym organizmie poziom węgla 14C pozostaje zatem w równowadze. Dopiero po śmierci proces uzupełniania przestaje działać i pozostaje tylko ubytek na skutek rozpadu beta. Dzięki temu zjawisku rozwinęła się metoda określania wieku materiałów pochodzenia organicznego. Oprócz węgla 14C, który daje aktywność rzędu 2000 Bq, w ciałach ludzi oraz większości zwierząt znaleźć można radioaktywne izotopy potasu (40K, okres półrozpadu rzędu miliarda lat, daje ok. 4000 Bq), trytu (3H, okres rozpadu ok. 12 lat, daje kilkadziesiąt Bq) i rubidu (87Rb, daje ok. 600 Bq). ([13]) W okresie masowych atmosferycznych prób nuklearnych w latach 50-tych XX wieku od 70 do 350 Bq promieniowania gamma z ciała ludzkiego pochodziło z cezu (137Cs, okres półrozpadu 30 lat). Ponadto w ciele ludzkim, jak w większości materiałów na Ziemi, występują w sposób naturalny śladowe ilości cięższych pierwiastków promieniotwórczych takich jak uran czy tor. ([5] s. 157)

Korzystając z wyników badań ustalono normy dawek, jakie nie powinny być przekraczane, by nie powodować zagrożenia dla zdrowia. Wynoszą one ([12]):
a) w pracy zawodowej:
- 20 mSv/rok na cały organizm,
- 50 mSv/rok na cały organizm, jeśli nie jest przekroczona dawka 100 mSv/5 lat na cały organizm,
- 150 mSv/rok dla ekspozycji oczu,
- 500 mSv/rok dla ekspozycji skóry i kończyn.
b) w normalnych warunkach życia:
- 1 mSv/rok na cały organizm,
- 15 mSv/rok dla ekspozycji oczu,
- 50 mSv/rok dla ekspozycji skóry.
Powyższe normy mogą być nieaktualne, gdyż nadal trwają intensywne badania nad skutkami działania promieniowania. Przy okazji warto zauważyć, że na skutek dużej aktywności skał skorupy ziemskiej górnicy są grupą zawodową ok. 100 razy bardziej narażoną na promieniowanie niż inne, włączywszy w to pracowników elektrowni atomowych. ([5] s. 154)

Choroba popromienna

Podczas eksplozji atomowej emitowane są dawki dużo przekraczające w/wymienione normy. Efektem ich działania jest tzw. choroba popromienna, której objawy i przebieg zależą od dawki, jaką otrzymała napromieniowana osoba. Zależności te przedstawia poniższa tabela ([17], [2] s. 630):

dawka objawy
0,5 Sv niewielkie zmiany w krwi, złe samopoczucie
1 Sv zmiany we krwi, czasowa bezpłodność 50% mężczyzn, nudności i wymioty u 5-10% napromieniowanych ludzi
1,5 Sv zmiany w szpiku kostnym, utrata apetytu, nudności i wymioty pojawiające się w kilka godzin po napromieniowaniu i trwają do jednego dnia u 25% napromieniowanych
2 Sv nudności i wymioty u 50% napromieniowanych, brak apetytu i uczucie zmęczenia, objawy powracają jeszcze w ciągu 4 tygodni
3 Sv nudności i wymioty u 100% napromieniowanych, śmiertelność 20%, śmierć w ciągu 2-6 tygodni lub 3-miesięczna choroba, możliwa bezpłodność kobiet
4 Sv śmiertelność 50% w ciągu miesiąca lub półroczna choroba, po kilku tygodniach możliwa utrata włosów, biegunka i małe krwotoki wewnętrzne
5 Sv rośnie liczba zgonów, przeżywający długo chorują, konieczna jest opieka i kontrola medyczna
6 Sv nudności i wymioty pojawiają się po 4 godzinach, krwotoki wewnętrzne, poważne uszkodzenia szpiku kostnego, śmiertelność 90%, nieliczni przetrwali chorują kilka miesięcy, konieczne interwencje lekarskie
8 Sv szpik kostny całkowicie zniszczony, przeżycie możliwe tylko przy intensywnej opiece i interwencji medycznej (przeszczep szpiku)
10 Sv nudności i wymioty po kilkudziesięciu minutach, śmiertelność bliska 100% w ciągu kilku tygodni, leczenie sporadycznych ocalałych nie prowadzi do trwałego wyleczenia
50 Sv natychmiastowa utrata przytomności, zgon następuje w ciągu tygodnia

Należy zaznaczyć, że opisane wyżej skutki mają miejsce przy ekspozycji nagłej, kiedy moc dawki jest duża. Natomiast jeśli moc dawki nie zagraża zdrowiu natychmiast, wchłonięcie takiej samej ilości promieniowania może nie doprowadzić nawet do pojawienia się chorób przewlekłych, o chorobie popromiennej nie wspominając. Np. moc dawki 2,5 mSv/dzień przez 5 lat daje ok. 4,5 Sv i na pewno nie jest tak szkodliwa, jak ta dawka wchłonięta w ciągu kilku minut (gdy śmiertelność wynosi ponad 50%). ([13])

Wpływ na rośliny

Rośliny pobierają radioaktywne izotopy z gleby, z wody deszczowej lub wprost z powietrza. Do wymiany materii z glebą służą im korzenie, natomiast rosę i powietrze wchłaniają przez specjalne struktury na liściach lub łodygach. W procesie fotosyntezy węgiel 14C staje się budulcem struktury rośliny, jednak jego aktywność jest mała. Pierwiastki mogą być transportowane pomiędzy częścią napowietrzną i podziemną dzięki naturalnym procesom zachodzącym w roślinach. W części znajdującej się nad powierzchnią rozróżnia się część zewnętrzną (np. korę drzewną) i część wewnętrzną (np. łyko), gdyż różnią się one funkcjami i budową. Wymiana materii może prowadzić do gromadzenia się radioaktywnych substancji w różnych częściach rośliny (np. kwiatostany, owoce, korzenie). Same promieniowanie może prowadzić do mutacji, a w przypadku silniejszych dawek do niszczenia struktury rośliny. ([4])

Dużo zależy od rodzaju rośliny (bylina, krzew, drzewo) oraz jej otoczenia (las, pole uprawne). Mniejsze rośliny mają mniejsze korzenie, więc mogą nie docierać nimi do pierwiastków zakopanych głęboko w glebie. Odpowiednie zabiegi takie jak orka, nawożenie czy w ostateczności wywóz skażonej gleby przed początkiem upraw może organiczyć skażenie roślin. Możliwe jest również "wyciągnięcie" radioaktywnych izotopów z gleby przez uprawę niektórych gatunków. Wtedy problemem jest tylko pozbycie się promieniotwóczej masy organicznej. Spalenie jej nie jest najlepszym pomysłem, gdyż wtedy izotopy dostaną się z powrotem do atmosfery. Mchy mają stosunkowo dużą zdolność absorbcji promieniotwórczej materii i mogą służyć jako wskaźniki ostrzegania o skażeniu. ([4])

Często większym problemem dla roślin po eksplozji nuklearnej są zniszczenia związane z falą uderzeniową (ogołocenie z liści, złamane łodygi) i promieniowanie termicznym (pożary lasów i pól uprawnych) niż z opadem radioaktywnym, jednak jeśli chodzi o przywracanie terenu do stanu używalności, ten aspekt należy szczególnie wziąć pod uwagę.

Wpływ na grzyby

Grzyby zachowują się podobnie jak rośliny, choć ich budowa jest znacząco inna. Nie posiadają tak wyraźnego podziału na korzenie i część nadziemną, jednak najczęściej mają grzybnię rozwiniętą zarówno pod ziemią (i pobierającą zeń materię), jak i nad ziemią. Różnią się od roślin tym, że nie zachodzi w nich fotosynteza. Pod tym względem są organizmami zwierzęcymi. Ich rozwój może następować bardzo szybko, nie bez podstaw jest powiedzenie "rosnąć jak grzyby po deszczu". Tyle że jeśli był to deszcz radioaktywny, skutki mogą być opłakane. Dzięki takiej dynamicznej wymianie materii z otoczeniem grzyby stają się pierwszymi wskaźnikami skażenia promieniotwórczego, zmagazynowane w nich dawki są w tym samym czasie dużo większe niż w roślinach. ([4])

Połączeniem roślin i grzybów są porosty, organizmy symbiotyczne występujące w trudnych warunkach okolic kół podbiegunowych. Także i one magazynują silnie substancje radioaktywne, co w przeszłości zaowocowało przypadkiem, gdy po seriach prób nuklearnych i termonuklearnych na początku lat 60-tych Ziemię pokryła cienka warstwa opadu globalnego o małej aktywności. W normalnych warunkach skażenie takie nie wywołuje zagrożenia dla zdrowia, lecz w Skandynawii odnotowano, że porosty zbierające materię promieniotwórczą były zjadane przez renifery, a następnie z ich mięsem niebezpieczne substancje trafiały do żołądków ludzi. Te dawki nie były już obojętne dla zdrowia, zwłaszcza że źródła promieniowania znajdowały się wewnątrz organizmów. ([4])

Wpływ na zwierzęta

Podobnie jak pozostałe organizmy żywe, także zwierzęta mają tendencje do magazynowania szczególnych piewiastków w niektórych organach. Dotyczy to zarówno zwierząt lądowych czy latających, jak i ryb i innych żyjących w wodzie, różne są tylko sposoby rozprzestrzeniania się substancji promieniotwórczych w powietrzu i pod wodą. Wchłanianie substancji może następować głównie przez procesy związane z oddychaniem (tlenem atmosferycznym dla ptaków i zwierząt lądowych oraz tlenem rozpuszczonym w wodzie dla ryb) lub odżywianiem się. Są też inne formy kontaktu ze źródłami promieniowania, jak przenoszenie na powierzchni skóry. Zdobywanie pokarmu stanowi możliwość docierania promieniowania wtórnego do organizmów nie związanych bezpośrednio ze skażonym terenem. Dzieje się tak, ponieważ łańcuchy pokarmowe zawierają wiele ogniw bezpośrednio z sobą nie powiązanych, jak porosty i ludzie w przykładzie wyżej, lecz będących pożywieniem bądź drapieżnikiem dla pośrednich elementów łańcucha pokarmowego (tutaj - reniferów). Oczywiście zależności te mogą być bardziej skomplikowane i często trudno jest przewidzieć rzeczywiste rozmiary skutków skażenia radioaktywnego.

Organizm ludzki, na przykład, gromadzi jod w tarczycy. Po eksplozji powstaje jego izotop 131I o czasie półrozpadu równym 8 dni, czyli bardzo aktywny. Jeśli dostanie się on do organizmu, spowoduje znaczne napromieniowanie samego gruczołu tarczycy i dużo mniejsze całej reszty organizmu. Podanie dużej ilość nieaktywnego jodu prowadzi do nasycenia potrzeb tarczycy na ten pierwiastek i nieprzyswajanie jego aktywnego izotopu. Dlatego po katastrofie w Czarnobylu powszechnym środkiem zapobiegawczym było podawanie związków jodu. Innymi chętnie wchłanianymi izotopami radioaktywnymi są cez 137Cs, ze względu na chemiczne podobieństwo do potasu absorbowany przez florę i faunę, oraz stront 90Sr i 89Sr, który magazynuje się w kościach zamiast wapnia. Także węgiel 14C w dużej dawce może stanowić spore niebezpieczeństwo, gdyż węgiel jest najbardziej powszechnymi budulcem form organicznych i przebywa w samym DNA będąc jego częścią.

Badając zwierzęta na terenach poddanych skażeniu nawet dość dużymi dawkami, jak te po katastrofie czarnobylskiej, stwierdzono, że niektóre zwierzęta wykazują zdolności przystosowawcze do nowych, niezdrowych warunków, które pozwalają gatunkowi pozostać przy istnieniu. Nie powinno to zbytnio dziwić patrząc na zdolności przystosowawcze organizmu ludzkiego, który potrafi działać prawidłowo na wysokich szczytach gór, kilkanaście metrów pod powierzchnią wody, w upale i podczas syberyjskiej zimy, a nawet w stanie nieważkości. Nie oznacza to oczywiście, że można zlekceważyć problem promieniowania, po prostu nie powinno się go demonizować. ([4])

Inne efekty w ekosferze

Zależności w biosferze nie ograniczają się do łańcuchów pokarmowych. Należy rozważać też czynniki związane z wymianą masy na skutek umierania bądź obumierania organizmów żywych. Na przykład opadające liście lub owoce drzew, krzewów czy traw (zbóż) trafiają najczęściej do gleby przemieszczając się wcześniej za sprawą wiatru, wody lub zwierząt na nieraz duże odlegości. Mogą z nich powstać substancje organiczne wchodzące w skład gleby (np. ropa naftowa, torf), a po dalszym rozkładzie nawet substancje mineralne (np. wapienie kredowe). O ile czas połowicznego rozpadu izotopów promieniotwórczych jest wystarczająco długi, by przetrwały te procesy, mogą stać się surowcami dla późniejszych roślin ukorzenionych w tej glebie. Jeszcze szybciej zachodzą procesy związane z rozkładem padliny zwierzęcej z udziałem innych zwierząt (padlinożerców, owadów lub bakterii). W glebie ponadto też zachodzi migracja pierwiastków, najczęściej w obecności wody lub w postaci gazowej (np. radon). ([4])

Zima nuklearna

Grupa naukowców o nazwiskach Turco, Toon, Ackerman, Pollack i Sagan (zwana w skrócie TTAPS) wysunęła kiedyś koncepcję, że duża liczba (ok. 1000) niemal jednoczesnych wybuchów bomb o mocy 1 Mt każda powinna wyrzucić w atmosferę takie ilości pyłów i dymów z pożarów, że zasłoniłyby one na dłuższy czas niebo nie dopuszczając światła słonecznego. Z szacunków wynika, że przez to temperatura na Ziemi spadłaby o kilka stopni Celcjusza. To grozi światowym głodem, gdyż spadnie możliwy czas wegetacji roślin, a brak światła słonecznego osłabi ich fotosyntezę. Skażenie wywołane taką ilością detonacji jądrowych uczyni zresztą glebę niezdatną do upraw i pojawią się problemy z wodą (nie tylko pitną), ludność będzie dziesiątkowana przez epidemie. Uszkodzenie warstwy ozonowej spowoduje zwiększone narażenie na szkodliwe promieniowanie ultrafioletowe. Wizja ta jest iście apokaliptyczna, tym straszniejsza, że w 1995 roku światowe mocarstwa dysponowały łącznym arsenałem nuklearnym zdolnym wywołać 100 takich "zim jądrowych". Zapewne planeta Ziemia poradzi sobie nawet z taką katastrofą i życie przetrwa w zmienionej formie, być może nawet ocaleje część ludzkości zamieszkująca obszary nie narażone bezpośrednio na atak, ale warto zastanowić się, czy zbrojenie się w tak absurdalnie potężną broń ma sens? ([17], [5] s. 291-294)


Historia | Teoria | Praktyka | Wybuchy | Efekty | Bibliografia