Jégcsapdába esett: meglepően magas mesterséges radioaktív izotópok mennyisége a gleccserekben – Physics World

Gondolj a gleccserekre és a hatalmas, érintetlen jégtáblák képeire, amelyek az Északi-sarkvidéket és az Antarktist takarják. Bár igaz, hogy a gleccserjég 99%-a bolygónk sarki régióihoz kötődik, a gleccserek szinte minden kontinens hegyvonulataiban is megtalálhatók, és a Föld szárazföldi felületének közel 10%-át borítják. A gleccserjég egyben bolygónk legnagyobb édesvíz-tározója is – a világ édesvízének csaknem 69%-át tartalmazza.

Annak ellenére, hogy a képeken ezüstös érintetlen jégfolyókként jelennek meg, a gleccserek számos szerves lerakódást tartalmaznak, például port és mikrobákat. A kutatók azonban azt találják, hogy aggasztó mennyiségű mérgező nukleáris anyagot is tartalmaznak, és csak most kezdjük megérteni a gleccserek olvadásával járó kockázatokat.

„Egyes értékelt gleccserek esetében, különösen az európai Alpokban és Európa más részein, a kihulló radionuklidok némelyikének koncentrációja olyan magas, mint amennyire a katasztrófa sújtotta zónákban, például Csernobilban vagy a Fukushima terület Japánban” – magyarázza Philip Owens, környezettudós a kanadai Northern British Columbia Egyetemen.

Por, szennyeződés, mikrobák

Közelről a gleccserek nem teljesen fehérek. Gyakran szürkék és piszkosak, a lerakódásoknak köszönhetően helyenként még feketék is. A kriokonit néven ismert, a jégfelületeken képződő sötét, finom üledék porból, szennyeződésből és koromból, valamint apró kőzet- és ásványi részecskékből áll. Számos helyről származik, beleértve a helyi környezetet, például a mállott sziklákat és a gleccser közelében lévő szabad talajt – de távoli forrásokból is, például sivatagokból és száraz területekről, erdőtüzekről és belső égésű motorokról. 

Ezek az anyagok különféle folyamatok, például szél, eső, légköri keringések, valamint antropogén és állati tevékenységek révén kerülnek a gleccserekbe. Mivel ez a kriokonit sötét színű, felmelegszik a Napban, és megolvasztja a jeget, vízzel teli mélyedéseket hozva létre. Ezek a lyukak aztán több anyag csapdáivá válnak, ami nagyobb kriokonitgyűjtemények kialakulását okozza.

A kriokonit emellett tele van szerves anyagokkal, például algákkal, gombákkal, baktériumokkal és más mikrobákkal. Ahogy ezek összegyűlnek, növekednek és szaporodnak az üledéken, elkezdik a kriokonittömeg jelentős részét képezni. A szerves anyagok ragadós biofilmeket is termelnek, amelyek segítik a mikrobákat az üledékhez és egymáshoz tapadni, és közösségeket alkotni, elősegítve a kriokonitgyűjtemények további növekedését.

De a kriokonit nem csak kőzet, por, szennyeződés és mikrobák. A kutatások kimutatták, hogy tele van számos különböző antropogén szennyezőanyaggal, beleértve a nehézfémeket, peszticideket, mikroműanyagokat és antibiotikumokat. A természetesebb összetevőkhöz hasonlóan ezeket is megfogják a vizes mélyedések és a ragadós biofilmek, megkötve az üledékben lévő porral és ásványi anyagokkal.

Nagy horderejű radioaktív csapadék

Az elmúlt években világossá vált, hogy a kriokonit gyakran tele van egy másik, meglehetősen váratlan szennyezőanyaggal – a „kihulló radionuklidok” (FRN) formájában megjelenő nukleáris anyaggal. A tesztek azt mutatták, hogy ezeknek a mesterséges radionuklidoknak a koncentrációja nagymértékben meghaladja a többi földi környezetét. Valójában ezen üledékek némelyike ​​a valaha talált legradioaktívabb a nukleáris tilalmi zónákon és kísérleti helyszíneken kívül.

Egy ideje ismert, hogy a gleccserek felszínén szokatlanul magas lehet a radioaktivitás. Az elmúlt években a tudósok részletesebben vizsgálták a kérdést. Alapján Caroline Clason glaciológus a Durham Egyetemről, az Egyesült Királyságban a kriokonitban észlelt radioaktivitás koncentrációja néha „két vagy akár három nagyságrenddel magasabb, mint amit más típusú környezeti mátrixokban, például üledékekben és talajokban, zuzmókban és mohákban találnánk, amelyeket a világ különböző részein találunk. világ".

2017-ben Clason és munkatársai felfedezték, hogy a svéd sarkvidéki Isfallsglaciären gleccser kriokonitjában a kihullott radionuklidok szintje akár 100-szor magasabb volt, mint a gleccser körüli völgyben gyűjtött anyagban (1. ábra). A cézium-137 radioaktív izotóp koncentrációi (¹³⁷Cs) 4500 becquerel/kg (Bq/kg), átlagos szintje pedig körülbelül 3000 Bq/kg.TC 15 5151). „Elég hihetetlen, hogy a gleccser felszínén lévő anyag mennyi [radioaktivitást] sikerült felhalmoznia” – mondja Clason. "Sokkal többet, mint amit a környezet többi részén látunk ugyanazon a helyen."

2018-ban egy norvég gleccser kriokonitját még radioaktívabbnak találták (Sci. Tot. Env. 814 152656). Az általa vezetett csapat által gyűjtött minták Edyta Łokas, a Lengyel Tudományos Akadémia Nukleáris Fizikai Intézetének földkutatójaA Blåisen-gleccser 12 kriokonit lyukából kiderült, hogy ¹³⁷Cs akár 25,000 18,000 Bq/kg, átlagosan XNUMX XNUMX Bq/kg körüli értékkel. Szintjei ¹³⁷A talajban és az üledékekben lévő Cs általában 0.5 és 600 Bq/kg között van.Sci. Ismétlés. 7 9623).

Csernobil szennyeződése

A mesterséges radionuklidok ¹³⁷Cs és cézium-134 (¹³⁴A Cs) urán-235 atomreaktorokban és egyes atomfegyverekben történő hasadásából származó hasadási termékek. A norvég és svéd gleccserek cézium-izotópjainak többsége a csernobili atombalesetből származik, de a 20. század közepén végrehajtott több száz légköri nukleáris kísérletnek is van csapadéka.

Az atomenergia-termelés történetének legrosszabb katasztrófájaként hírhedt A csernobili katasztrófa 26. április 1986-án történt az akkor Szovjetunióhoz tartozó csernobili atomerőmű négyes számú reaktorának kis teljesítményű tesztje során. A teszt robbanást és tüzet okozott, amely tönkretette a reaktorépületet, és a katasztrófahelyzet következtében jelentős mennyiségű radioaktív anyag szabadult fel, köztük plutónium, jód, stroncium és cézium izotópjai. Ennek nagy része az atomerőmű közvetlen közelébe, valamint a mai Ukrajna, Fehéroroszország és Oroszország nagy területeire esett, de a légköri áramlások, valamint a szél- és viharmintázatok is szétszórták az északi félteke nagy részén.

Az időjárási viszonyok jelentős mennyiségű radioaktív csapadékot dobtak ki Csernobilból Skandináviában. Norvégia a becslések szerint körülbelül 6%-ot kapott ¹³⁷Cs és ¹³⁴Az atomerőműből kiszabadult Cs. Az izotópokat délkeleti szél vitte az országba, és a nukleáris katasztrófát követő napokban csapadék közben rakódtak le.

Bepillantás Csernobil rejtett gócpontjaiba

A cézium ezután bekerült a táplálékláncba, mivel a növények, a zuzmók és a gombák felvették, amelyeket a legelő állatok, például rénszarvasok és juhok fogyasztottak. A katasztrófát követő években Norvégiában és Svédországban nagy mennyiségű rénszarvasból és juhból származó hús, tej és sajt cézium-izotópkoncentrációja jelentős mértékben meghaladta a hatóságok által meghatározott határértékeket. Ezeket az élelmiszereket továbbra is rendszeresen tesztelik.

Az osztrák Alpokban Csernobilból is jelentős csapadék hullott, a katasztrófát követő napokban heves esőzések egyes területeken igen magas szennyeződést eredményeztek. Az észak-ausztriai Hallstätter és Schladminger gleccserek 2009-es felmérése szerint a ¹³⁷Cs a kriokonitban 1700 Bq/kg és 140,000 XNUMX Bq/kg között (J. Env. Rad. 100 590).

Szél, eső, tűz és így tovább

Több oka is van annak, hogy a kriokonit miért halmoz fel radionuklidokat és válik ilyen radioaktívvá. A radioaktív anyagokat a szelek és a globális keringési minták szállítják a légkörön keresztül. Ezt követően a csapadék kimossa a légkörből, amely köztudottan különösen hatékony a részecskék összegyűjtésében és a talajra juttatásban. Ezenkívül az eső, a havazás és a köd szintje általában magas a gleccsereknek otthont adó hegyvidéki és sarki régiókban.

Sok száraz anyag, például erdőtüzekből és porviharokból eredően, szintén jeges környezetbe kerül. Ez a por, korom és hasonló anyagok a légköri cirkuláción keresztül terjednek, de közben elkezdenek megkötődni, és kivonják az atmoszférából más anyagokat – köztük a szennyező anyagokat, például a radionuklidokat – egészen addig, amíg túl nehézzé nem válik és a földre esik.

Amint a radionuklidok és más szennyeződések a jeges környezetbe kerültek, a hidrológiai folyamatok eltolják őket. Az év melegebb részein a gleccser vízgyűjtőjén a hóréteg és a jég, valamint magának a gleccsernek egy része megolvad. Ez az olvadékvíz a gleccserre és a gleccserre áramlik, és magával viszi a szennyeződéseket, például a hóban és jégben tárolt radionuklidokat. Ahogy a víz csatornákon és lyukakon keresztül áramlik a gleccserön, az ezekben a mélyedésekben ülő kriokonit szűri ki, amely tele van olyan anyagokkal, mint például iszap és agyag, amelyekről ismert, hogy megkötik az olyan elemeket, mint a radionuklidok, fémek és más antropogén részecskék (2. .

Szerves tisztítószerek

Úgy tűnik, hogy a kriokonit biológiai komponense fokozza a radionuklid-gyűjtő és -felhalmozó képességét is. Valóban, Łokas kifejti, hogy a nagy mennyiségű szerves anyagot – például algákat, gombákat és baktériumokat – tartalmazó kriokonit esetében a radionuklidok koncentrációja sokkal magasabb.

A norvégiai Blåisen gleccseren található kriokonit, amely különösen magas radioaktivitást mutatott, szintén magas szervesanyag-tartalommal bírt. Míg más gleccsereken végzett tanulmányok kriokonitot találtak, amely 5 és 15% közötti biológiai anyagot tartalmazott, a Blåisen üledékei körülbelül 30% szerves anyagot tartalmaztak. A kutatók szerint ez lehet az oka a magas radionuklidkoncentrációnak.

Łokas szerint a kriokonit azon képessége, hogy meg tudja tartani és koncentrálja a radionuklidokat, úgy tűnik, „a mikroorganizmusok által kiválasztott extracelluláris anyagok fémmegkötő tulajdonságaival függ össze”. Ezek a ragadós biofilmek rögzítik a fémeket és más anyagokat, amelyek mérgezőek lehetnek, hogy megakadályozzák azok bejutását a mikroorganizmusok sejtjeibe, magyarázza.

Ezt a kapcsolatot a szerves anyagok és a kihullott radionuklidok között máshol is észlelték. Amikor Owens a kanadai British Columbia állambeli Castle Creek gleccserből vett kriokonitmintákat elemezte, szignifikáns pozitív összefüggést talált a minták radionuklid-koncentrációja és a szerves anyagok százalékos aránya között.Sci. Ismétlés. 9 12531). Minél több a biológiai anyag, annál több a radioaktív anyag.

Tíz évvel Fukusima után: az új üzemanyagok biztonságosabbá tehetik az atomenergiát?

Owens elmagyarázza, hogy a kihulló radionuklidok mindenhol megtalálhatók. Szerinte az történik a gleccsereken, hogy „a gleccser felszínének ezekre a nagyon kis helyeire összpontosítanak”. Vannak módok arra, hogy mind az üledéket alkotó anyagok, mind a benne élő mikroorganizmusok által kiválasztott extracelluláris anyagok megkötik a szennyeződéseket. Mindez a kriokonitot rendkívül hatékony tisztítószerré teszi, és idővel a gleccser vízgyűjtőjére lehullott radionuklidok koncentrálódnak benne.

Változó források és koncentrációk

Bár általában ez a legkoncentráltabb, ¹³⁷Nem a Cs az egyetlen radionuklid, amely a kriokonitban található. Más radioaktív anyagok magas koncentrációja, mint például az americium-241 (²⁴¹Am), bizmut-207 (²⁰⁷Bi) és plutónium (Pu) izotópokat is kimutattak. Ezek a légköri atomfegyver-kísérletek során keletkező radionuklidok globális kicsapódásához kapcsolódnak nukleáris katasztrófák helyett.

A bemenetek ilyen keveréke, valamint a globális légköri keringés és az időjárási minták azt jelenti, hogy a gleccsereken lévő radioizotópok forrásai és koncentrációi bolygónként eltérőek. Például Owens azt mondja, hogy bár Kanadában magas a radionuklidok szintje a kriokonitokban, ezek főként nukleáris bombakísérletekből származnak, mivel az messze van Csernobiltól.

Łokas jelenleg a világ különböző helyszíneiről származó kriokonitokban lévő radioaktivitás részleteit elemzi, beleértve az Északi-sarkvidéket, Izlandot, az Európai Alpokat, Dél-Amerikát, a Kaukázus-hegységet, Brit Kolumbiát és az Antarktiszon. Számos ország glaciológusai, köztük Owens és Clason, adományoztak, gyűjtöttek és teszteltek mintákat ehhez a munkához.

A tesztek ezt mutatták ki rAz adioaktivitás különösen magas az Alpokban és Skandináviában, míg Łokas szerint az eddigi legalacsonyabb szintet Izland és Grönland gleccserein találták. Ezeken a területeken nem észleltek csernobili jelet, csak a fegyvertesztek globális következményeit – teszi hozzá Łokas.

A munka néhány érdekes radionuklid jelet is azonosított. Nagyobb arányban vannak ²³⁸Azta, ²³⁹Pu és ²⁴⁰Pu a kriokonitokban a déli féltekéről, mint az északi féltekéről, mondja Łokas. Ennek oka egy SNAP-9A radiotermikus generátort szállító műhold 1964-es meghibásodása. A műhold szétesett, és körülbelül egy kilogramm ²³⁸Pu a légkörbe, főleg a déli féltekén.

Van egy tüske is ²³⁸Pu izotópok a chilei patagóniai Exploradores gleccser mintáiból. Ez valószínűleg a meghibásodott orosz Mars-szondához köthető, amely 1996-ban Dél-Amerika felett tört fel a légkörben, mondja Łokas. Körülbelül 200 g-ot szállított ²³⁸Pu pellet, és bár pontos sorsuk ismeretlen, úgy gondolják, hogy valahol Chile és Bolívia felett hullottak.

Aggodalomra ad okot?

Egyelőre tisztázatlan hnagyon aggódunk a radioaktív anyagoknak a gleccsereken való ilyen koncentrációja miatt. Clason szerint nincs bizonyosság abban, hogy nagymértékű környezeti kockázatot jelent-e, vagy a gleccserek helyi problémájáról van szó. „Bizonyára nem szeretnék elmenni és megenni az anyagot a jég felszínén; más környezeti üledékekhez képest valóban meglehetősen radioaktív” – teszi hozzá. "De nem tudjuk, hogy ez milyen mértékben jelent problémát, ha az ember a gleccser közvetlen vízgyűjtőjén kívül van, egyszerűen nem tudjuk."

Amikor az üledék a gleccseren ül, nem valószínű, hogy ez problémát jelent az ökoszisztéma és az emberi egészség szempontjából. De ahogy a gleccserek megolvadnak és visszavonulnak, egyre több a jégen tárolt örökölt anyag szabadul fel

Van ok az aggodalomra. A radioaktív anyagoknak jól dokumentált negatív hatásai vannak az egészségre. A gleccserek hatalmas mennyiségű édesvizet is tárolnak, és világszerte emberek milliárdjai használják az olvadékvizet mezőgazdasági és ivóvíz céljára. Az éghajlat felmelegedésével a gleccserek is visszahúzódnak, ami potenciálisan nagy koncentrációban szabadíthatja fel a tárolt szennyeződéseket és üledékeket.

„A jégkorszak összes olvadásával együtt ez a kriokonit anyag sokkal jobban érintkezik a gleccserolvadékvízzel. Most kezd feltárni, és eljuttatható az alsóbbrendű ökoszisztémába” – magyarázza Owens. Amikor az üledék a gleccseren ül, nem valószínű, hogy az ökoszisztéma és az emberi egészség szempontjából problémát jelentene. De ahogy a gleccserek megolvadnak és visszavonulnak, egyre több a jégen tárolt örökölt anyag szabadul fel.

Az sem világos, hogy pontosan mekkora radioaktivitás lehet egy jégrendszerben, teszi hozzá Clason. „A radionuklidok közvetlen légköri lerakódása mellett a kriokonitban látható radioaktivitás nagy része valószínűleg a sok évvel ezelőtt lerakódott hóból és jégből olvad ki” – magyarázza Clason. "Maga a jég radioaktivitás-leltárral rendelkezik, amelyet nem jól értenek."

Csernobil rejtett öröksége

Amint folyókba ömlik, a radioaktív anyag valószínűleg felhígul – mondja Owens – „de nem tudjuk” – figyelmeztet. Clason egyetért. "Bár ott, ahol mintát veszünk, a koncentrációk magasak, a dolgok nagy vázlatában, ha az összes anyagot lemosták, vagy a gleccser megolvad, és lerakja a környezetbe, előfordulhat, hogy olyan mértékben hígul, hogy nem haladja meg az Ön által megadott koncentrációt. másként látni a környezetben” – mondja. "Szóval ezt kell kitalálnunk legközelebb."

A jövőben Clason azt reméli, hogy részletesebb elemzést végezhet a jégfelületeken található kriokonit mennyiségéről olyan technikák segítségével, mint a nagy felbontású drónfelvételek. Ez lehetővé tenné a kutatóknak, hogy megbecsüljék, mekkora radioaktivitás lehet egy gleccseren. A felszínen lévő kriokonit ilyen feltérképezése, majd az információk gleccserolvadék-modellekkel való kombinálása segíthet megérteni, hogyan szabadulhatnak fel a jövőben az üledékek és a bennük lévő szennyeződések.

• SEO által támogatott tartalom és PR terjesztés. Erősödjön még ma.
• PlatoAiStream. Web3 adatintelligencia. Felerősített tudás. Hozzáférés itt.
• A jövő pénzverése – Adryenn Ashley. Hozzáférés itt.
• Részvények vásárlása és eladása PRE-IPO társaságokban a PREIPO® segítségével. Hozzáférés itt.
• Forrás: https://physicsworld.com/a/trapped-in-ice-the-surprisingly-high-levels-of-artificial-radioactive-isotopes-found-in-glaciers/