Jään loukkuun: jäätiköiden yllättävän korkeat määrät keinotekoisia radioaktiivisia isotooppeja – Physics World

Ajattele jäätiköitä ja mieleesi tulee kuvia laajoista, koskemattomista jäälevyistä, arktisen alueen ja Etelämantereen peittävistä alueista. Vaikka on totta, että 99 % jäätikköjäästä on rajoittunut planeettamme napa-alueille, jäätiköitä löytyy myös vuoristoalueilta lähes kaikilla mantereilla, ja ne kattavat lähes 10 % maapallon pinta-alasta. Jäätikköjää on myös planeettamme suurin makean veden säiliö – siinä on lähes 69 % maailman makeasta vedestä.

Vaikka jäätiköt näyttävät kuvissa hopeanhohtoisilta koskemattomilta jääjoilta, ne sisältävät monia orgaanisia kerrostumia, kuten pölyä ja mikrobeja. Mutta tutkijat huomaavat, että ne sisältävät myös huolestuttavan määrän myrkyllisiä ydinmateriaaleja, ja vasta nyt alamme ymmärtää jäätiköiden sulamisen aiheuttamia riskejä.

"Joissakin näistä arvioiduista jäätikköistä, erityisesti Euroopan Alpeilla ja muualla Euroopassa, joidenkin laskeumaradionuklidien pitoisuudet ovat yhtä korkeat kuin olemme rekisteröineet ne katastrofialueilla, kuten Tšernobylissä tai Fukushima alueella Japanissa”, selittää Philip Owens, ympäristötutkija Northern British Columbian yliopistossa Kanadassa.

Pöly, lika, mikrobit

Läheltä katsottuna jäätiköt eivät ole täysin valkoisia. Ne ovat usein harmaita ja likaisen näköisiä, paikoin jopa mustia kerrostumien ansiosta. Tämä kryokoniittina tunnettu tumma, hieno sedimentti, joka muodostuu jäätikön pinnoille, koostuu pölystä, lialta ja noesta sekä pienistä kivi- ja mineraalihiukkasista. Se on peräisin useista paikoista, mukaan lukien paikallisesta ympäristöstä, kuten rapautuneista kivistä ja jäätikön lähellä olevasta paljaasta maasta – mutta myös kaukaisista lähteistä, kuten aavikoista ja kuivista maasta, metsäpaloista ja polttomoottoreista. 

Nämä materiaalit kulkeutuvat jäätiköille erilaisten prosessien, kuten tuulen, sateen, ilmakehän kiertokulkujen sekä ihmisen ja eläinten toiminnan kautta. Koska tämä kryokoniitti on väriltään tumma, se lämpenee auringossa ja sulattaa jään muodostaen veden täyttämiä painaumia. Näistä rei'istä tulee sitten enemmän materiaalia kerääviä ansoja, jolloin muodostuu suurempia kryokoniittikokoelmia.

Kryokoniitti on myös täynnä orgaanisia materiaaleja, kuten leviä, sieniä, bakteereja ja muita mikrobeja. Kun nämä kerääntyvät, kasvavat ja lisääntyvät sedimentissä, ne alkavat muodostaa huomattavan osan kryokoniittimassasta. Orgaaninen aines tuottaa myös tahmeita biofilmejä, jotka auttavat mikrobeja tarttumaan sedimenttiin ja toisiinsa ja muodostamaan yhteisöjä, mikä auttaa kryokoniittikokoelmia kasvamaan edelleen.

Mutta kryokoniitti ei ole vain kiviä, pölyä, likaa ja mikrobeja. Tutkimukset ovat osoittaneet, että se on myös täynnä monia erilaisia ​​ihmisen aiheuttamia kontaminantteja, kuten raskasmetalleja, torjunta-aineita, mikromuoveja ja antibiootteja. Luonnollisempien ainesosien tavoin myös nämä jäävät vetisten painaumien ja tahmeiden biokalvojen vangiksi, mikä sitoo sedimentin pölyä ja mineraaleja.

Kauaskantoinen radioaktiivinen laskeuma

Viime vuosina on käynyt selväksi, että kryokoniitti on usein täynnä toista melko odottamatonta kontaminanttia – ydinmateriaalia "fallout radionuklidien" (FRN) muodossa. Testeissä havaittiin, että näiden keinotekoisten radionuklidien pitoisuudet ylittävät suuresti muiden maanpäällisten ympäristöjen pitoisuudet. Itse asiassa jotkut näistä sedimenteistä ovat radioaktiivisimpia koskaan löydettyjä ydinsulkuvyöhykkeiden ja testialueiden ulkopuolelta.

Jo jonkin aikaa on tiedetty, että jäätiköiden pinnoilla voi olla epätavallisen korkea radioaktiivisuus. Viime vuosina tiedemiehet ovat tutkineet asiaa tarkemmin. Mukaan glakiologi Caroline Clason Durhamin yliopistostaYhdistyneessä kuningaskunnassa kryokoniitissa havaittu radioaktiivisuuden pitoisuus on joskus "kaksi tai jopa kolme suuruusluokkaa suurempi kuin mitä löydämme muun tyyppisistä ympäristömatriiseista, kuten sedimenteistä ja maaperistä, jäkäläistä ja sammaleista, joita löydämme eri puolilta maata. maailman".

Vuonna 2017 Clason ja kollegat havaitsivat, että arktisen Ruotsin Isfallsglaciären-jäätikön kryokoniitissa laskeuma radionuklidit olivat jopa 100 kertaa korkeammat kuin jäätikköä ympäröivästä laaksosta kerätyssä materiaalissa (kuva 1). Radioaktiivisen isotoopin cesium-137 pitoisuudet (¹³⁷Cs) olivat jopa 4500 3000 becquereliä kilogrammaa kohden (Bq/kg), ja keskimääräiset tasot olivat noin XNUMX XNUMX Bq/kg.TC 15 5151). "On aivan uskomatonta, kuinka paljon [radioaktiivisuutta] jäätikön pinnalla oleva materiaali on onnistunut kerääntymään", Clason sanoo. "Paljon enemmän kuin näemme muussa ympäristössä samassa paikassa."

Vuonna 2018 Norjan jäätikön kryokoniitin havaittiin olevan vielä radioaktiivisempaa (Sci. Tot. Env. 814 152656). Näytteet, joita on kerännyt johtama tiimi Edyta Łokas, maantieteilijä Puolan tiedeakatemian ydinfysiikan instituutistaBlåisen-jäätikön 12 kryokoniittireiästä paljasti pitoisuuksia ¹³⁷Cs jopa 25,000 18,000 Bq/kg ja keskimääräinen taso noin XNUMX XNUMX Bq/kg. Tasot ¹³⁷Cs maaperässä ja sedimentissä on yleensä välillä 0.5 - 600 Bq/kg (Sei. Rep. 7 9623).

Tshernobylin saastuminen

Keinotekoiset radionuklidit ¹³⁷Cs ja cesium-134 (¹³⁴Cs) ovat fissiotuotteita, joita syntyy halkeamalla uraani-235 ydinvoimareaktoreissa ja joissakin ydinaseissa. Suurin osa Norjan ja Ruotsin jäätiköillä olevista cesiumin isotoopeista on peräisin Tšernobylin ydinonnettomuudesta, mutta laskeumat ovat myös peräisin sadoista 20-luvun puolivälissä tehdyistä ilmakehän ydinkokeista.

Pahamaine ydinvoimantuotannon historian pahimpana katastrofina Tshernobylin onnettomuus tapahtui 26. huhtikuuta 1986 Tšernobylin ydinvoimalaitoksen, joka oli tuolloin Neuvostoliitossa, neljännen reaktorin pienitehoisen testin aikana. Testi aiheutti räjähdyksen ja tulipalon, joka tuhosi reaktorirakennuksen, ja katastrofitilanteessa vapautui huomattava määrä radioaktiivista ainetta, mukaan lukien plutoniumin, jodin, strontiumin ja cesiumin isotoopit. Suurin osa tästä putosi ydinvoimalan välittömään läheisyyteen ja laajoille alueille nykyisessä Ukrainassa, Valko-Venäjällä ja Venäjällä, mutta ilmakehän kiertokulku sekä tuuli- ja myrskykuviot levittivät sitä myös suurelle osalle pohjoista pallonpuoliskoa.

Säätilanteet heittivät huomattavan määrän Tšernobylin radioaktiivista laskeumaa Skandinaviaan. Norjan arvioidaan saaneen noin 6 prosenttia ¹³⁷Cs ja ¹³⁴Cs vapautuu ydinvoimalaitoksesta. Isotoopit kuljetettiin maahan kaakkoistuulilla ja saostuivat ydinkatastrofin jälkeisinä päivinä sateiden aikana.

Näkyy Tšernobylin piilotettuja paikkoja

Cesium päätyi sitten ravintoketjuun, koska sen omaksuivat kasvit, jäkälät ja sienet, joita söivät laiduntavat eläimet, kuten porot ja lampaat. Katastrofia seuraavina vuosina Norjassa ja Ruotsissa suurissa määrissä poron ja lampaiden lihaa, maitoa ja juustoa oli cesium-isotooppipitoisuuksia, jotka ylittivät massiivisesti viranomaisten asettamat rajat. Näitä ruokia testataan edelleen säännöllisesti.

Myös Itävallan Alpeilla Tšernobylissä tapahtui merkittäviä laskeumaa, ja katastrofin jälkeisinä päivinä runsaat sateet johtivat erittäin korkeaan saastumiseen joillakin alueilla. Hallstätterin ja Schladmingerin jäätiköistä Pohjois-Itävallassa vuonna 2009 tehdyssä tutkimuksessa havaittiin pitoisuuksia ¹³⁷Cs kryokoniitissa välillä 1700 Bq/kg - 140,000 XNUMX Bq/kg (J. Env. Rad. 100 590).

Tuuli, sade, tuli ja paljon muuta

Näyttää olevan useita syitä siihen, miksi kryokoniitti kerää radionuklideja ja muuttuu niin radioaktiiviseksi. Radioaktiiviset aineet kulkeutuvat ilmakehän läpi tuulen ja maailmanlaajuisten kiertokulkujen avulla. Sen jälkeen se huuhtoutuu pois ilmakehästä sateella, jonka tiedetään olevan erityisen tehokas keräämään hiukkasia ja tuomaan ne maahan. Lisäksi sade-, lumisade- ja sumutasot ovat yleensä korkealla vuoristo- ja napa-alueilla, joilla jäätiköt sijaitsevat.

Myös paljon kuivaa materiaalia, joka on peräisin esimerkiksi metsäpaloista ja pölymyrskyistä, joutuu jäätikköympäristöön. Tämä pöly, noki ja vastaavat materiaalit kulkeutuvat ilmakehän kiertokulkua pitkin, mutta alkaessaan sitoutua toisiinsa ja siivilöidä ilmakehästä muuta materiaalia – mukaan lukien saasteet, kuten radionuklideja – kunnes siitä tulee liian raskasta ja putoaa maahan.

Kun radionuklidit ja muut epäpuhtaudet ovat jäätikköympäristössä, ne siirtyvät hydrologisten prosessien seurauksena. Lämpiminä vuodenaikoina lumi ja jää jäätikön valuma-alueella sekä osa itse jäätikköstä sulavat. Tämä sulamisvesi virtaa jäätikön päälle ja yli ja vie mukanaan epäpuhtauksia, kuten radionuklideja, jotka olivat varastoituneet lumeen ja jäähän. Kun vesi virtaa jäätikön poikki kanavien ja reikien läpi, se suodattuu näissä syvennyksissä olevalla kryokoniitilla, joka on täynnä materiaaleja, kuten lietettä ja savea, joiden tiedetään sitovan elementtejä, kuten radionuklideja, metalleja ja muita ihmisen aiheuttamia hiukkasia (kuva 2). .

Orgaaniset raadonsyöjät

Kryokoniitin biologinen komponentti näyttää myös lisäävän sen kykyä kerätä ja kerätä radionuklideja. Łokas selittääkin, että kryokoniitissa, jossa on paljon orgaanista materiaalia – kuten leviä, sieniä ja bakteereja – radionuklidien pitoisuus on paljon korkeampi.

Norjan Blåisen-jäätikön kryokoniitilla, jossa oli erityisen korkea radioaktiivisuus, oli myös korkea orgaaninen pitoisuus. Muita jäätiköitä koskevissa tutkimuksissa on löydetty kryokoniittia, jonka biologista materiaalia oli 5–15 prosenttia, mutta Blåisenin sedimentit olivat noin 30 prosenttia orgaanista ainetta. Tutkijat sanovat, että tämä voi olla osa syy sen korkeisiin radionuklidipitoisuuksiin.

Łokas sanoo, että kryokoniitin kyky pitää ja tiivistää radionuklideja näyttää liittyvän "mikro-organismien erittämien solunulkoisten aineiden metallia sitoviin ominaisuuksiin". Nämä tahmeat biofilmit immobilisoivat metalleja ja muita aineita, jotka voivat olla myrkyllisiä estääkseen niitä pääsemästä mikro-organismien soluihin, hän selittää.

Tämä yhteys orgaanisen aineen ja laskeuma radionuklidien välillä on havaittu myös muualla. Kun Owens analysoi kryokoniittinäytteitä Castle Creekin jäätikköstä British Columbiassa, Kanadassa, hän havaitsi merkittävän positiivisen suhteen näytteiden radionuklidien pitoisuuden ja orgaanisen materiaalin prosenttiosuuden välillä (Sei. Rep. 9 12531). Mitä enemmän biologista materiaalia, sitä enemmän radioaktiivista materiaalia.

Kymmenen vuotta Fukushiman jälkeen: voisivatko uudet polttoaineet tehdä ydinvoimasta turvallisempaa?

Owens selittää, että laskeuma radionuklideja on kaikkialla. Hän sanoo, että jäätiköillä tapahtuu, että ne "keskittyvät näihin todella pieniin paikkoihin jäätikön pinnalla". On olemassa tapoja, joilla sekä sedimentin muodostavat materiaalit että siinä elävien mikro-organismien erittämät solunulkoiset aineet voivat sitoa epäpuhtauksia. Tämä kaikki tekee kryokoniitista erittäin tehokkaan huuhteluaineen, ja ajan myötä koko jäätikön valuma-alueelle pudonneet radionuklidit keskittyvät siihen.

Vaihtelevat lähteet ja pitoisuudet

Vaikka se on yleensä keskittynein, ¹³⁷Cs ei ole ainoa kryokoniitista löydetty radionuklidi. Korkeat pitoisuudet muita radioaktiivisia aineita, kuten americium-241 (²⁴¹Am), vismutti-207 (²⁰⁷Bi) ja plutonium (Pu) isotooppeja on myös havaittu. Nämä liittyvät ilmakehän ydinasekokeiden maailmanlaajuisiin radionuklidien laskeumiin ydinvoimakatastrofien sijaan.

Tämä syötteiden sekoitus sekä globaali ilmakehän kiertokulku ja säämallit tarkoittavat, että jäätiköiden radioisotooppien lähteet ja pitoisuudet vaihtelevat eri puolilla planeettaa. Esimerkiksi Owens sanoo, että vaikka radionuklidien tasot ovat korkeat Kanadan kryokoniiteissa, ne ovat pääasiassa peräisin ydinpommikokeista, koska se on kaukana Tshernobylista.

Łokas analysoi parhaillaan yksityiskohtia kryokoniittien radioaktiivisuudesta eri puolilla maailmaa, mukaan lukien arktinen alue, Islanti, Euroopan Alpit, Etelä-Amerikka, Kaukasus, Brittiläinen Kolumbia ja Etelämanner. Glaciologit monista maista, mukaan lukien Owens ja Clason, ovat lahjoittaneet, keränneet ja testannut näytteitä tätä työtä varten.

Testit ovat löytäneet sen rrasva-aktiivisuus on erityisen korkea Alpeilla ja Skandinaviassa, kun taas Łokas sanoo, että toistaiseksi alhaisimmat tasot ovat olleet Islannin ja Grönlannin jäätiköillä. Näillä alueilla ei havaittu signaalia Tšernobylista, vain asekokeiden maailmanlaajuiset laskeumat, Łokas lisää.

Työssä on myös tunnistettu mielenkiintoisia radionuklidisignaaleja. Niiden osuudet ovat korkeammat ²³⁸Vau, ²³⁹Pu ja ²⁴⁰Pu kryokoniitteissa eteläiseltä pallonpuoliskolta kuin pohjoiselta pallonpuoliskolta, Łokas sanoo. Tämä johtuu SNAP-9A-radiotermigeneraattoria kuljettaneen satelliitin epäonnistumisesta vuonna 1964. Satelliitti hajosi ja vapautui noin kiloa ²³⁸Pu ilmakehään, pääasiassa eteläisellä pallonpuoliskolla.

Siellä on myös piikki sisään ²³⁸Pu-isotoopit näytteistä Exploradores-jäätikköstä Chilen Patagoniassa. Tämä liittyy todennäköisesti epäonnistuneeseen venäläiseen Mars-luotaimeen, joka hajosi ilmakehään Etelä-Amerikan yllä vuonna 1996, Łokas sanoo. Se kantoi noin 200 g ²³⁸Pu-pellettejä ja vaikka niiden tarkkaa kohtaloa ei tiedetä, niiden uskotaan pudonneen jonnekin Chilen ja Bolivian ylle.

Syy huoleen?

Asia on vielä epäselvä hmeidän on huolehdittava tästä radioaktiivisen aineen pitoisuudesta jäätiköille. Ei ole varmuutta siitä, aiheuttaako se ympäristöriskin suuressa mittakaavassa vai onko se paikallinen ongelma jäätiköissä, Clason sanoo. ”En todellakaan haluaisi mennä syömään jään pinnalla olevaa materiaalia; se on todella radioaktiivista muihin ympäristösedimentteihin verrattuna”, hän lisää. "Mutta emme vain tiedä, missä määrin se on ongelma, kun olet jäätikön välittömän valuma-alueen ulkopuolella."

Kun sedimentti on jäätiköllä, se ei todennäköisesti ole ongelma ekosysteemille ja ihmisten terveydelle. Mutta kun jäätiköt sulavat ja vetäytyvät, yhä enemmän jäälle varastoitunutta perinnöllistä materiaalia vapautuu

On syytä huoleen. Radioaktiivisilla aineilla on hyvin dokumentoituja kielteisiä terveysvaikutuksia. Jäätiköt varastoivat myös valtavia määriä makeaa vettä, ja miljardit ihmiset ympäri maailmaa käyttävät sulamisvettä maataloudessa ja juomavedessä. Ilmaston lämmetessä myös jäätiköt vetäytyvät, mikä saattaa mahdollisesti vapauttaa varastoituja epäpuhtauksia ja sedimenttejä korkeina pitoisuuksina.

”Kaiken jäätikön sulamisen myötä tämä kryokoniittimateriaali joutuu paljon enemmän kosketuksiin jäätikön sulamisveden kanssa. Se alkaa nyt paljastua ja se voidaan toimittaa alavirran ekosysteemiin”, Owens selittää. Kun sedimentti on jäätiköllä, hän sanoo, että se ei todennäköisesti ole ongelma ekosysteemille ja ihmisten terveydelle. Mutta kun jäätiköt sulavat ja vetäytyvät, yhä enemmän jäälle varastoitunutta perintömateriaalia vapautuu.

Ei myöskään ole selvää, kuinka paljon radioaktiivisuutta jäätikköjärjestelmässä voi olla, Clason lisää. "Suoran ilmakehän radionuklidien laskeuman lisäksi suuri osa kryokoniitissa näkemästämme radioaktiivisuudesta on todennäköisesti sulanut vanhasta lumesta ja jäästä, joka on kerrostunut monta vuotta sitten", Clason selittää. "Jäässä itsessään on radioaktiivisuusluettelo, jota ei ymmärretä hyvin."

Tshernobylin piilotettu perintö

Kun se virtaa jokiin, radioaktiivinen materiaali todennäköisesti laimenee, Owens sanoo, "mutta emme tiedä", hän varoittaa. Clason on samaa mieltä. "Vaikka pitoisuudet ovat korkeat, kun otamme näytteitä, suuressa järjestyksessä, kun kaikki materiaali on huuhtoutunut pois tai jäätikkö sulaa ja laskee sen ympäristöön, se saattaa laimentua siinä määrin, että se ei ylitä pitoisuuksiasi. nähdä ympäristössä toisin”, hän sanoo. "Joten se meidän on selvitettävä seuraavaksi."

Jatkossa Clason toivoo voivansa suorittaa yksityiskohtaisemman analyysin kryokoniitin määrästä jäätiköiden pinnoilla käyttämällä tekniikoita, kuten korkearesoluutioisia drone-kuvia. Tämä antaisi tutkijoille mahdollisuuden arvioida, kuinka paljon radioaktiivisuutta jäätikkössä voi olla. Kryokoniitin kartoittaminen pinnalla ja sitten tietojen yhdistäminen jäätikön sulamismalleihin voisi auttaa ymmärtämään, kuinka sedimentit ja niiden sisältämät epäpuhtaudet saattavat vapautua tulevaisuudessa.

• SEO-pohjainen sisällön ja PR-jakelu. Vahvista jo tänään.
• PlatoAiStream. Web3 Data Intelligence. Tietoa laajennettu. Pääsy tästä.
• Tulevaisuuden lyöminen Adryenn Ashley. Pääsy tästä.
• Osta ja myy osakkeita PRE-IPO-yhtiöissä PREIPO®:lla. Pääsy tästä.
• Lähde: https://physicsworld.com/a/trapped-in-ice-the-surprisingly-high-levels-of-artificial-radioactive-isotopes-found-in-glaciers/