Батырбекова, С

Батырбекова, С.Е.
Экологические проблемы Центрального Казахстана в
связи с ракетно-космической деятельностью комплекса
«Байконур»/ С.Е.Батырбекова, М.К.Наурызбаева// Новости
науки Казахстана.- 2004.-№2.-С.124-130.
Интенсивное развитие ракетно-космической деятельности (РКД) началось в
60-е гг. XX в. Сейчас это одна из важнейших приложения интеллектуальных
и технических способностей человечества в интересах решения
народнохозяйственных, научных и оборонных задач.
На раннем этапе ее развития основное внимание уделялось созданию
собственно ракетно-космической техники, но по мере появления все более
мощных и современных космических систем, таких, как "Союз", "Энергия",
"Протон", "Спейс Шаттл", "Ариан" и др., накопления опыта их эксплуатации,
пришло понимание, что космическая индустрия является специфическим
источником загрязнения окружающей среды. Как любая отрасль
промышленности ракетно-космический комплекс оказывает воздействие на
многие компоненты окружающей природы, особенно в районах
функционирования космодрома и падения первых ступеней ракет-носителей.
Влияние РКД на окружающую среду весьма многообразно-химическое,
механическое, акустическое, тепловое, электромагнитное, радиоактивное.
Некоторые из указанных типов воздействия взаимосвязаны и их вклад в
общее возмущение окружающее природной среды может иметь
синергетический эффект. Из хозяйственного оборота в Казахстане выведены
площади под космодром Байконур -6,7 тыс. км2 и 22 эллипса падения первых
ступеней ракет-носителей -46 тыс. км2.
За время эксплуатации космодрома Байконур (с 1956 г.) было
осуществлено около 2 тыс. запусков космических объектов различного
назначения. Ряд ракет-носителей: "Протон", "Циклон-2", “Рокот” используют
в качестве топлива несимметричный диметилгидразин (НДМГ), "Союз",
"Зенит" - керосин Т-1.
Основными компонентами ракетного топлива и главными токсикантами
являются НДМГ и продукты его трансформации: нитрозодиметиламин,
диметиламин, тетраметилтетразен. Все они относятся к 1 классу опасности:
обладают иммунодепрессивным, мутагенным и канцерогенным действием;
при воздействии на человека приводят к заболеваниям органов дыхания,
сердечно-сосудистой системы, крови и кроветворных органов, печени.
При падении первых ступеней отделяющихся частей ракет-носителей (ОЧ
РН) "Протон" в окружающую среду поступает 0,3-2 т ракетного топлива.
Районы падения ОЧ РН представляют собой эллипсы площадью до
нескольких тысяч квадратных километров и служат зонами повышенного
экологического риска. Другие источники поступления ракетного топлива в
окружающую среду - аварийные запуски, разливы при заправочных
операциях и транспортировке.
Штатные места падения ОЧ РН подвергаются трем видам загрязнения:
- механическому (металлоконструкции, образующиеся в результате падения
и разрушения ОЧ РН);
- химическому (почвы, растительность, поверхностные воды от пролива на
поверхность земли остатков компонентов жидкого ракетного топлива
(КЖРТ);
- в результате горения компонентов топлива и синтетических материалов
конструкции ОЧ РН.
Попадание компонентов ракетного топлива в окружающую среду
способствует образованию как обширных региональных, так и локальных
биохимических поверхностных аномалий.
Негативное действие РКД полигонов в Казахстане усиливается из-за
климатогеографических условий. Территории вокруг космодрома
Байконур относятся к пустынной и полупустынной зонам и
характеризуются низким уровнем годовых осадков, частыми ветрами. Это
приводит к распространению КЖРТ на далекие расстояния. Кроме того,
регионы, прилегающие к космодрому, подвергаются воздействию других
техногенных загрязнений: негативному влиянию Арала, крупных центров
металлургии, горнодобывающей промышленности.
Загрязнение почв НДМГ создает опасность стойких изменений
функционирования экосистем, нарушая биотические процессы и изменяя
численность и видовой состав микробных и растительных сообществ. За
одни сутки поллютант из пятна пролива или аэрогенного следа
распространяется водным путем на расстояние 50-80 км, а ветром - на
сотни километров.
На сегодня пока не найдены эффективные методы обезвреживания НДМГ
и продуктов его распада. Известно, что длительность самоочищения почв
от диметилгидразина составляет более 30 лет, керосина - 5 лет.
Учитывая актуальность решения экологических проблем для Казахстана,
кафедрой аналитической химии КазНУ им. аль-Фараби с 70-х гг. XX в.
начаты исследования в области аналитической химии гидразина и его
производных (М. Т. Козловский и др., 1967). На способ полярографического
определения несимметричного диметилгидразина получено А.с. СССР №
555698 (В. П. Гладышев, М. К. Наурызбаев и др.).
С 1991 г. по республиканским программам и программам совместных
работ Республики Казахстан и Российской Федерации (1996 г.) начаты
экологические исследования территории Казахстана, испытывающей
негативное воздействие космодрома Байконур.
Центром физико-химических методов исследования и анализа КазНУ им.
аль-Фараби в настоящее время ведутся исследования по следующим
направлениям:
• Эколого-геохимические исследования состояния окружающей природной
среды территорий падения первых ступеней ракет-носителей "Протон" в
Карагандинской, Костанайской и Восточно-Казахстанской областях.
• Физико-химическая диагностика состояния образцов объектов
окружающей природной среды.
• Исследование динамики поведения НДМГ в почвах районов падения РН.
• Лабораторные исследования влияния НДМГ на биологические свойства
растений и животный организм.
• Оценка ущерба и разработка рекомендаций по восстановлению
загрязненных земель территории космодрома Байконур.
• Формирование банка данных о современном состоянии экосистемы
районов падения первых ступеней ракет-носителей.
Для получения комплексной оценки состояния территорий в районах
падения (РП) первых ступеней ОЧРН проведены систематические
исследования состояния объектов окружающей природной среды,
подверженных влиянию НДМГ,
Исходя из характера приземления ОЧРН, ландшафтно-геохимических
особенностей территории и устойчивости КРТ в почвогрунтах, района
падения, были проведены площадные геохимические и локальные
обследования РП.
За период 1991-2003 г. организовано и проведено более 20 выездных
экспедиций в районы падения первых ступеней ракетоносителей "Протон".
Физико-химическую диагностику объектов окружающей среды (почва,
вода, растения) на содержание НДМГ осуществляли методом жидкостной
хроматографии с диодно-матричным детектированием на хроматографе
Agilent 1100 Series фирмы "Agilent Technologies" и фотоколориметрическим
методом.
Исследования показали, что загрязненная НДМГ почва может быть
источником миграции его по профилю почвы в грунтовые воды и
поступления в открытые водоемы, накопления в травах и культурных
растениях, через которые НДМГ и его метаболиты попадают в организм
животных и человека. В местах свежих падений ракет-носителей и проливов
НДМГ наблюдается загрязнение атмосферного воздуха.
Характер загрязнения атмосферного воздуха, почвы, растительности,
поверхностных и грунтовых вод в местах падения ОЧ РН определялся
различными факторами. После отделения первой ступени топливные баки
остаются практически целыми и разрушаются в результате удара о земную
поверхность. В момент приземления боковые блоки ОЧ РН срываются с
мест, деформируются и разлетаются относительно точки (места) удара на
расстояние от нескольких десятков до 100 м и более. Центральный блок и
двигательная установка падают непосредственно у места приземления. Они
также сильно деформируются, обычно с разрывами стенок бака. В результате
этого остатки компонентов ракетного топлива попадают на поверхность
почвы, растекаются, испаряются и проникают в почву, формируя зону
интенсивного загрязнения почвы КЖРТ. Возможная площадь разлива
каждого из компонентов топлива (при условии их полного раздельного
вытекания) в общем случае зависит от механического состава почвогрунтов,
уклона местности, характера растительного покрова, состояния приземного
слоя атмосферы, сезона года и других факторов. Площадь пролива КЖРТ
составляет сотни, а иногда и тысячи квадратных метров.
Особенно опасная экологическая ситуация складывается в РП 25,15 и 148.
Данные районы характеризуются максимальной техногенной нагрузкой и
использованием в течение более 30 лет для приземления ОЧ РН "Протон".
Результаты анализа проб почв на содержание НДМГ показали высокую
стабильность загрязнителя даже в летний, наиболее жаркий период года. Это
можно объяснить образованием в момент пролива топлива на почву прочных
комплексов НДМГ с веществами почвы. Ветровая эрозия может переносить
эти пылевидные частички на большие расстояния и служить источником
вторичного загрязнения. Медленное разрушение этих комплексов приводит к
распространению устойчивых водорастворимых солевых форм топлива на
значительные площади и его диффузии в более глубокие слои почвы.
Поэтому в ряде мест падений кроме поверхностных проб были заложены
шурфы и отобраны пробы почв с различной глубины.
Результаты исследований мест падения показали, что загрязнение вод
НДМГ имеется везде, где обнаружено загрязнение почвы, однако линейной
зависимости степени загрязнения водной среды от степени загрязнения
почвы не обнаружено. В то же время загрязнение водной среды (почвенная
влага, грунтовые воды) всегда значительно меньше (по абсолютным
значениям), чем почвы в тех же точках отбора проб. Исключение составляют
"свежие" места падения ступеней, где не закончились процессы
распространения компонентов, не завершились годичные циклы, связанные с
паводками и выносом избытка загрязнителей дождевыми водами, а также
процессы интенсивного испарения компонентов из концентрированных
водных растворов непосредственно после падения первой ступени ракет.
Исследование образцов растений показало наличие НДМГ только в
растениях, отобранных из почвы, содержащей загрязнитель.
Полученные данные позволяют сделать вывод о том, что растения
способны поглощать НДМГ в равной степени как из почв, так и из
атмосферы при интенсивном испарении, и аэрогенном разносе ракетного
топлива во время падения остаточных частей ракетоносителей. Причем, если
в почвах происходит относительно быстрое разложение НДМГ, то в
растениях он может сохраняться достаточно долгое время и на высоком
уровне концентраций. Поэтому растительность является своеобразным
индикатором при определении площади загрязнения территорий НДМГ.
Накопление НДМГ растениями зависит от комплекса факторов: семейства
растений, геохимических условий мест их произрастания, близости
источников поступления НДМГ, количества топлива, поступившего на
поверхность почвы и растений.
В целом наиболее контрастные биогеохимические аномалии (за
исключением аномалий на местах падений) приурочены к долинам рек.
Растения из семейств сложноцветных и маревых, произрастающие на
солонцах, луговых солончаках и лугово-болотных почвах, особенно
интенсивно поглощают НДМГ.
По мнению специалистов Института биофизики РАН, использование ПДК
в качестве эколого-гигиенической оценки опасности проживания населения
на загрязненных территориях является достаточно условным, так как во
многих местах возникает ситуация, когда НДМГ обнаруживается
одновременно в различных объектах окружающей среды - атмосферном
воздухе, почве, воде, продуктах питания. Поэтому применительно к НДМГ
был разработан единый гигиенический норматив на основе допустимой
суточной дозы для НДМГ, равной 0,001 мг/кг в сутки, позволяющий
регламентировать комплексное поступление токсикантов из различных
объектов окружающей среды и выявлять уровень химической нагрузки на
организм.
Как уже отмечалось, наиболее опасная экологическая ситуация
складывается в РП 25,15 и 148, где сконцентрировано основное количество
обнаруженных мест падения первых ступеней ОЧРН «Протон" с явным
переходом вида загрязнения от локального мозаичного к площадному.
Ракеталы-ғарыштық қызметтің табиғи коршаған ортаға әсері зерттелген,
қоршаған орта объектілеріне теріс әсерін тигізетін негізгі токсикант ретіндегі
симметриялык емес димегилгидразиннің сипаттамасы берілген.
Түйінді сөздер: ракеталы-ғарыштық қызмет, қоршаған орта, симметриялық
емес диметилгидразин, токсиканттар.
The influence of rocket-space activity on the environ ment is investigated ТҺ
characteristics of asymmetric dimethyl hydrasine as a main toxicant exerting •
adverse ef feet on environmental objects is given.
Key words: rocket-space activity, environment, asymmetric dimethyl hydrasine, toxicants.