Сетевое издание

Международный студенческий научный вестник

ISSN 2409-529X

Безопасность жизнедеятельности в области добычи кобальта.

В 2013 году было установлено, что Россия по производству кобальта и кобальтовой продукции занимает второе место в мире после Демократической Республики Конго. Кроме того, по данным Федеральной службы государственной статистики, за восемь месяцев 2016 года производство необработанного кобальта выросло на 71,7% по сравнению с показателями 2015 года. Сегодня мы наблюдаем переход к производству кобальта как основного продукта, а не побочного результата добычи никеля. В связи со значительным повышением объемов выработки данного металла мы не могли оставить неосвещённым вопрос влияния кобальта на окружающую среду и человека.

В России добычу кобальтовых руд осуществляют четыре предприятия. Крупнейшим из них является ГМК «Норильский никель» (и входящая в его состав «Кольская ГМК»), в состав которого входят рудники, разрабатывающие сульфидные медно-никелевые руды месторождений Норильского района и Кольского полуострова. На долю этих руд в последние годы приходится 92—93% общероссийской добычи никеля и кобальта. Ранее достаточно небольшие объемы кобальта выпускали «Уфалейникель» и «Южуралникель», но в последние годы эти предприятия остановили выпуск данного металла. Таким образом, рассмотрев конкретный город – Норильск – с точки зрения безопасности жизнедеятельности в условиях активной добычи кобальта, мы сможем в достаточной мере осветить тему в общем.

Сразу же обратим внимание на данные, представленные «The Guardian»: «Заполярный филиал «Норильского никеля» в 2015 году выбросил в атмосферу 1 883 000 тонн загрязняющих газов; большей частью это диоксид серы». Помимо оксида серы (IV), согласно «Информационно-техническому справочнику…», при производстве никеля и кобальта выбросы в атмосферу содержат неорганическую пыль, оксиды металлов (в частности, оксид кобальта, которого в 2009 году было выброшено в атмосферу около 37 тонн), мышьяк, оксиды азота, хлор, кислые газы.

В городе иногда выпадает черный снег, иногда — красный. Его исследования показали наличие широкого спектра металлов: никеля, меди, кобальта и других. Периодически в городе Норильск наблюдается густой туман из смога и газа, когда на расстоянии 200 м не видно зданий, туман вызывает зуд в горле. Зачастую фиксируются превышения предельно-допустимых концентраций (ПДК; для кобальта металлического и окиси кобальта - 0,5 мг/м³; такая же концентрация рекомендуется и для ко­бальта, входящего в состав смеси пылящих материалов; в США для металли­ческого кобальта в виде дыма или пыли принята концентрация 0,1 мг/м³; в Норильске отмечалась максимальная разовая концентрация 35 ПДК). Более того, общий уровень загрязнения атмосферного воздуха на протяжении ряда лет является самым высоким в Российской Федерации. При такой экологической ситуации следует ожидать появления у населения характерных симптомов профессиональных заболеваний. Это и происходит.

В прокуратуру было подано два заявления, говорящих о том, что «загрязнение атмосферного воздуха с превышающим объемом производственных выбросов с производственной площадки Заполярного филиала ОАО «ГМК «Норильский никель» распространяется на территорию санитарно-защитной зоны города, вызывая у граждан носовые кровотечения, аллергический ринит, кашель, головную боль, першение в горле, удушье и рвоту, что является следствием токсикации и признаками профзаболеваний... За последние года увеличилась смертность по причине увеличения количества заболеваний органов дыхания, а также сердечно-сосудистых и онкологических заболеваний.

Населению вторят и органы власти. В структуре общей заболеваемости за I полугодие 2014 года второе место занимают болезни органов дыхания, а четвёртое и пятое – системы кровообращения и пищеварения соответственно. Роспотребнадзор в перечне территорий с достоверным превышением среднемноголетнего (1992-2008 гг.) краевого показателя заболеваемости населения эколого-зависимыми болезнями, выделяет г. Норильск по следующим заболеваниям:

- болезни органов дыхания;

- осложнения беременности и родов.

Таким образом, жалобы населения вполне соответствуют статистическим данным достоверных источников. Как же с этим коррелирует токсикологическое действие кобальта на организм?

Известно, что работающие в условиях воздействия пыли металлического Со (или его окислов) при стаже до и свыше 6 лет жалуются на кашель, одышку, тошноту, изжогу, боли в подложечной области. При обследовании 247 человек у 52 — ги­потония, у 83 — заболевания верхних дыхательных путей, у 34—бронхиты, иногда с астмоидным компонентом, у 33 — пиевмосклероз. Имеются данные о том, что через 1 ч по окончании работы—раздражение слизистой зева, кровавая рвота, резко повышенная чувствительность живота, кишечные колики, повышение температуры, слабость в ногах. Выздоровление через 4 недели. Иногда при вдыхании пыли соединений Со наблюдаются случаи брон­хиальной астмы. Большие дозы (500 мг СоСl в день) вызывают, кроме того, потерю аппетита, рвоту, понос. Кроме того, работающие в условиях воздействия пыли металлического Со (или его окислов) при стаже до и свыше 6 лет жалуются на кашель, одышку, тошноту, изжогу, боли в подложечной области.

Очевидно наличие корреляции между симптоматикой норильчан и представленными в исследуемой литературе симптомами. Важно отметить, что авторы не преследуют цели свести всю симптоматику к токсикологии кобальта. Мы считаем необходимым обратить внимание на существование вклада, при том, вероятно, весьма существенного, в общую картину. Особенно остро данная проблема встает в связи с резко возросшей добычей кобальта.

Кобальт как элемент пищевого рациона.

Кобальт входит в состав витамина B₁₂. Суточная потребность в витамине В₁₂ крайне мала и составляет всего 1-2 микрограмма. В организме содержится порядка 3-5 граммов кобаламина, в основном в печени.

Витамин В₁₂ в организм человека с пищей, связанный с белком. При кулинарной обра­ботке пищи, а также в желудке под действием соляной кислоты и ферментов витамин В₁₂ высвобождается из пищи. Связываясь в процессе пищеварения с рядом веществ, в конечном счёте кобальт в составе витамина поступает в кост­ный мозг, где используется для кроветворения, и в печень — там он депонируется и в дальнейшем при необходимости выделяется сначала в составе желчи в 12-перстную кишку, затем - всасы­вается вновь.

Заболевание, связанное с нарушением всасывания витамина B₁₂ называется болезнь Аддисона—Бирмера (злокачественная анемия, пернициозная анемия, мегалобластная анемия). По данным медицинской статистики, десятая часть всех анемий относится к этому типу. Ниже представлены некоторые её ненаследственные причины:

Таблица № 1

Ни животные, ни растения не способны синтезировать витамин В₁₂. Это единственный витамин, вырабатываемый почти исключительно микроорганизмами, однако именно в животном организме Co связывается микробами в виде витамина. Травоядные, в свою очередь, получают кобальт из растительной пищи, содержание в которой исследуемого металла коррелирует с его содержанием в почве. При дефиците кобальта, по И. А. Каарде, микробный синтез витамина B₁₂ в пищеварительном тракте животных нарушается. Это особенно ярко выражено у жвачных, которые при недостатке кобальта подвержены риску гиповитаминоза В₁₂. Вследствие недостатка витамина B₁₂ уменьшается его депонирование печенью и другими органами, потребляемыми в качестве пищи человеком. Таким образом очевидно, что содержание в почве кобальта влияет на поступление его в организм человека, особенно в условиях деревни, когда большая часть потребляемого мяса производится дома.

Отечественные авторы акобальтоз регистрировали в местностях, где в почвах содержалось кобальта менее 2—2,3 мг/кг. Низкое содержание кобальта в почвах и произрастающих на них растениях не обеспечивает потребности организма растительноядных животных в этом элементе, а значит и потребности местных хозяйств. Таким образом, сравнив представленный показатель и соответствующую характеристику различных почв, можно обнаружить наиболее бедные кобальтом почвы для выявления дополнительной группы риска – жителей деревень на этих почвах.

Согласно ресурсу www.pesticidy.ru, дерново-подзолистые почвы наиболее бедны по содержанию данного металла, особенно, если они имеют легкий механический состав (0,45-14,0 мг/кг; распространены на юге лесной зоны Восточно-Европейской и Западно-Сибирской равнин, в России занимают около 15 % территории); болотистые почвы также содержат малое количество кобальта (0,8-5,2 мг/кг; встречаются на Западно-Сибирской равнине), за ними по его содержанию следуют почвы дерново-карбонатные (0,9-5,2 мг/кг; встречаются небольшими участками по всей Европе, однако, наибольшие площади они занимают в бассейне Вислы и на территории Беларуси – вне России), засоленные (1,7-8,8 мг/кг; распространены в Поволжье), сероземные (1,6 мг/кг; на юго-востоке Европейской части России – в Среднем и Южном Заволжье, Астраханской области).

Таким образом, мы полагаем, что в обозначенных регионах весьма высок риск возникновения меголобластной анемии. Особенно важно отметить, что Поволжье - один из крупных животноводческих районов России, по численности поголовья крупного рогатого скота и численности овец занимает первое место в РФ. В обозначенных регионах необходимо соблюдение правильного режима питания как людей, так и животных.

Применение радиоактивного кобальта в сельском хозяйстве

В настоящее время в сельском хозяйстве широко применяются биофизические свойства гамма-лучей , одним из главных источников которого является распад ⁶⁰Со. В частности, это облучение с целью : активации и инактивации посевного материала зерновых , предотвращения прорастания овощей, борьбы с вредными насекомыми, стерилизации продуктов птицеводства при оспе и дифтерите, увеличения плодовитости сельскохозяйственных животных. Перечисленное имеет непосредственное отношение к здоровью человека, поэтому крайне важно обозначить грань между допустимой используемой и токсичной дозами облучения.

Продовольственной и Сельскохозяйственной Организацией ООН в содружестве с Международным Агентством по Атомной Энергии и Всемирной Организацией Здравоохранения была сделана оценка безопасности употребления облученных пищевых продуктов человеком. На совещании этой Комиссии в 1980 году было сделано заключение о том, что облучение любых пищевых продуктов в дозах до 10 кГр не представляет токсикологической опасности и поэтому проверка обработанных таким образом продуктов питания на токсичность более не требуется.

Установление верхней границы безопасной дозы облучения для всех продуктов сельского хозяйства , не обезопасило в полной мере потребителей, так как практически у каждого сельскохозяйственного продукта есть специфичный порог чувствительности к облучению.

С помощью цитоморфологического анализа живых клеток тканей картофеля С. С. Сванидзе установлено, что при облучении клубней дозами 0,05 кГр в клетках не происходит глубоких изменений. При обработке дозами 0,1 и 0,15 кГр в некоторых клетках образуются пузыревидные ядра, механизм образования которых обусловлен исчезновением мембран ядер и появлением новых их форм в виде пузыревидных вакуолей. При увеличении дозы облучения до 0,2 кГр в большинстве клеток не обнаруживались ни ядра, ни цитоплазматические включения. Это происходило в результате разрыва внутренних и поверхностных мембран клетки. Дозы в 0,25 и 0,3 кГр вызывают полное разрушение клеток. Наряду с этим в клетках накапливаются продукты окисления фенолов (хлорогеновой, кофейной кислот, тирозина), которые при пероральном введении животным оказывают мутагенное действие. Однако при хранении они постепенно исчезают (через 4 мес. не обнаруживаются), а также инактивируются при нагревании.

При стерилизации возбудителей фитопатогенных заболеваний необходимо учитывать зачастую существенную разницу между стерилизующей и патогенной дозой. Различная чувствительность возбудителей и растений к облучению может является причиной патологических изменений в самих растениях. Так специалистами Национального института питания в Риме установлено, что доза радиации в 3 кГр является стерилизующей только для трех видов грибов, поражающих плоды: Botrytis cinerea, Monilia fructigenum, Penicil-lium italicum. Для других же возбудителей фитопатогенных заболеваний плодов и овощей стерилизующие дозы намного выше 3 кГр, то есть значительно превосходят допустимые дозы радиации. Так, для лимонов стерилизующая доза против грибов Aspergillus citi u Реnicillium deqitatum колеблется от 5 до 10 кГр. Опасный же порог облучения лимонов лежит в пределах 2— 3 кГр. Стерилизующая доза облучения для основного возбудителя садовой землянки Rhizopus составляет 5 кГр, а опасная доза — 3 кГр.

По данным Р. С. Чурюкина и С. А. Гераськина при облучениях Со 60 ячменя в дозах 10-20 Гр наблюдается достоверное увеличение длины корешка. Максимальное увеличение длины зафиксировано при дозе 20 Гр. Но остальные исследованные дозы (2-8 и 50 Гр) ингибируют рост главного корня. Значительное увеличение мощности дозы облучения семян от 20 Гр\ч до 350 Гр/ч ведёт к достоверному угнетению развития корня при всех дозах. Если облучению подвергается пыльца, дозу уменьшают в 1,5—2 раза.

При облучении ионизирующим излучением дозой 5,76 Гр кур В.В. Паком были получены данные о нарушение биосинтеза информационной РНК в печени кур, что может свидетельствовать о нарушении при действии радиации транскрибирующегося комплекса и всего генома в целом.

В научной литературе описаны результаты гамма-облучения ⁶⁰Co (дозы 160 и 830 мГр) беременных собак. Количество потомков собак после облучения в дозе 160 мГр на восьмой день после спаривания увеличилось и составило 108–110% по сравнению с контролем. Облучение в дозе 160 мГр на всех стадиях развития не выявило отрицательных влияний на здоровье потомков собак, хотя при высокой дозе (830 мГр) количество потомков в помёте снижалось.

В заключение, порог токсичной поглощенной дозы ионизирующего излучения, выраженный в 10 кГр, является недостоверным, т.к. каждый сорт, порода, штамм, используемый в сельском хозяйстве, обладает собственным порогом токсичной поглощенной дозы ионизирующего излучения, которая значительно ниже утвержденной ВОЗ, ФАО и МАГАТЭ. Такой подход к регламентации использования ионизирующего излучения крайне опасен для потребителей сельскохозяйственных продуктов всего мира.

Влияние радиоактивного кобальта на биосферу

Существенное влияние на биосферу ⁶⁰Co оказывает в качестве продукта техногенных аварий и подземных и наземных ядерных испытаний. Так он был обнаружен на поверхности земли в местах, где проводились промышленные подземные ядерные взрывы «Тайга», «Кратон-3», «Кристалл», «Чаган», а также на площадках Семипалатинского полигона, где проводились советские наземные ядерные и термоядерные испытания; на месте первого ядерного взрыва «Тринити» на полигоне Аламогордо (США); на площадках испытаний французского полигона в Алжире, в местах техногенных радиационных аварий (Бухта Чажма). Рассмотрим пример ядерного испытания и в нашей стране.

Проект «Тайга» — кодовое название проекта, разработанного в СССР с целью создания искусственного канала с помощью экскавационных групповых ядерных взрывов между реками Печора — Колва (Пермский край) для подпитки мелеющего Каспийского моря. Для создания канала планировалось провести 250 ядерных взрывов. Экспериментальный подрыв трёх ядерных зарядов был проведён 23 марта 1971 года, но впоследствии проект был закрыт из-за попадания радиоактивных частиц за территорию Советского Союза, что являлось нарушением Московского договора о запрещении ядерных испытаний в трёх средах.

Летом 2009 года ученые НИИ радиационной гигиены им. Рамзаева провели исследование радиационного загрязнения в области проведения взрыва. Были обнаружены области с повышенным фоном гамма-излучения, вызванного в основном изотопами ¹³⁷Cs и ⁶⁰Co. С помощью гамма-спектрометрии были обнаружены изотопы ¹³⁷Cs и ¹⁵⁵Eu, образовавшиеся в результате деления ядерных материалов; изотопы ⁶⁰Co, ⁹⁴Nb, ¹⁵²Eu, ¹⁵⁴Eu, ²⁰⁷Bi, возникшие благодаря нейтронной активации стабильных изотопов в материалах ядерных взрывных устройств, стальных трубах и грунте; а также ²⁴¹Am, продукт бета-распада ²⁴¹Pu.

Крайне важно отметить, что ⁶⁰Co образовался в результате нейтронной активации природных изотопов кобальта, железа и никеля, входивших в состав грунта и стальных труб, использованных для организации взрыва. Максимальные концентрации активности ⁶⁰Co, ¹³⁷Cs и ²⁴¹Am для образцов почвы были измерены как 1650, 7100 и 6800 Бк кг^-1 (д.в). На берегах озера поверхностная активность различных радионуклидов (до глубины 20 см) составляет для ¹³⁷Cs до 1000 кБк/м², для ⁶⁰Co до 300 кБк/м², для ²⁴¹Am до 900 кБк/м². Максимальное значение (почти на 3 порядка) превышало региональный уровень (от глобальных осадков), равный 1,4 кБк м^-2.

Радионуклиды ²⁴¹Am и ⁶⁰Co составляют около 40% от общего количества. Ввиду различия в периодах полураспада, на 1979 год расчётная мощность дозы была на 95 % обусловлена вкладом ⁶⁰Со, в 2039 году она будет в основном (90 %) обеспечиваться ¹³⁷Cs.

В лишайниках, растущих вблизи тех районов, где производились взрывы, было обнаружено содержание ⁶⁰Со. В настоящее время озеро, подвергшееся влиянию ядерного испытания, является популярным местом рыбалки для жителей других близлежащих сёл, его берега известны обилием съедобных грибов. Место взрыва также посещают люди, которые собирают металлолом, оставшийся на месте взрыва. Тем самым, население с большой вероятностью подвержено токсикологическому действию ⁶⁰Со.

Критическими органами для кобальта являются печень и селезенка, в которых сосредоточивается до 30% активности всего тела. Всасывание соединений кобальта из желудочно-кишечного тракта и легких происходит крайне медленно и слабо (десятые и сотые доли процента от поступившего количества). При прохождении изотопа через кишечник и дыхательные пути основное облучение их происходит в ранние сроки, что и определяет клинические проявления этого периода. Изотоп относится к категории средне- или слаботоксичных. Введение крысам по 100-500 мкКи/кг снижает содержание гликогена в печени и угнетает активность фосфориалазы. Ежедневное введение ⁶⁰Co под кожу по 12,5 мкКн/кг вызывает через 6-7 месяцев повышение проницаемости кожи кроликов, изменение крови (эритропенения, лимфопения), гемосидероз органов, внутриутробную гибель плодов и развитие опухолей.

Таким образом, при проведении ядерных испытаний специалисты должны учитывать возможное образование ⁶⁰Со опосредованно через нейтронную активацию ряда компонентов организации взрыва.