Terperangkap dalam es: tingkat isotop radioaktif buatan yang sangat tinggi ditemukan di gletser – Dunia Fisika

Pikirkan tentang gletser dan gambar lapisan es yang luas dan masih asli, menyelimuti sebagian besar Kutub Utara dan Antartika muncul di benak Anda. Meskipun benar bahwa 99% es gletser tertahan di wilayah kutub planet kita, gletser juga ditemukan di pegunungan di hampir setiap benua, menutupi hampir 10% permukaan tanah Bumi. Es glasial juga merupakan reservoir air tawar terbesar di planet kita – menampung hampir 69% air tawar dunia.

Meskipun tampak seperti sungai es keperakan yang belum tersentuh dalam gambar, gletser mengandung banyak endapan organik, seperti debu dan mikroba. Tetapi para peneliti menemukan bahwa mereka juga mencakup bahan nuklir beracun dalam jumlah yang mengkhawatirkan, dan kita baru sekarang mulai memahami risiko yang ditimbulkan saat gletser mencair.

“Untuk beberapa gletser yang telah dinilai, terutama yang ada di Pegunungan Alpen Eropa dan bagian Eropa lainnya, konsentrasi beberapa radionuklida yang jatuh ini setinggi yang kami catat di dalam zona bencana seperti Chernobyl atau Fukushima daerah di Jepang,” jelas Philip Owens, seorang ilmuwan lingkungan di University of Northern British Columbia, di Kanada.

Debu, kotoran, mikroba

Dari dekat, gletser tidak sepenuhnya putih. Mereka sering terlihat abu-abu dan kotor, bahkan hitam di beberapa tempat, berkat endapan. Dikenal sebagai cryoconite, sedimen halus berwarna gelap yang terbentuk di permukaan glasial ini terdiri dari debu, kotoran, dan jelaga, serta partikel batuan dan mineral kecil. Itu berasal dari berbagai tempat, termasuk lingkungan sekitar seperti bebatuan lapuk dan tanah terbuka di dekat gletser – tetapi juga dari sumber yang jauh seperti gurun dan lahan kering, kebakaran hutan, dan mesin pembakaran. 

Bahan-bahan ini dibawa ke gletser melalui berbagai proses seperti angin, hujan, sirkulasi atmosfer, dan aktivitas antropogenik dan hewan. Karena cryoconite ini berwarna gelap, ia memanas di bawah sinar matahari dan melelehkan es, menciptakan cekungan berisi air. Lubang-lubang ini kemudian menjadi perangkap untuk lebih banyak material, menyebabkan kumpulan cryoconite yang lebih besar terbentuk.

Cryoconite juga penuh dengan bahan organik seperti ganggang, jamur, bakteri dan mikroba lainnya. Saat ini terkumpul, tumbuh dan berkembang biak di sedimen, mereka mulai membentuk sebagian besar massa cryoconite. Bahan organik juga menghasilkan biofilm lengket, yang membantu mikroba menempel pada sedimen dan satu sama lain, dan membentuk komunitas, membantu kumpulan cryoconite untuk tumbuh lebih lanjut.

Tapi cryoconite bukan hanya batu, debu, kotoran, dan mikroba. Penelitian telah menunjukkan bahwa itu juga penuh dengan banyak kontaminan antropogenik yang berbeda, termasuk logam berat, pestisida, mikroplastik, dan antibiotik. Seperti komponen yang lebih alami, ini juga terperangkap oleh cekungan berair dan biofilm yang lengket, mengikat debu dan mineral dalam sedimen.

Kejatuhan radioaktif yang menjangkau jauh

Dalam beberapa tahun terakhir, menjadi jelas bahwa cryoconite seringkali penuh dengan kontaminan lain yang agak tidak terduga – bahan nuklir dalam bentuk “fallout radionuclides” (FRNs). Pengujian menemukan bahwa konsentrasi radionuklida buatan ini jauh melebihi konsentrasi di lingkungan terestrial lainnya. Memang, beberapa dari sedimen ini adalah yang paling radioaktif yang pernah ditemukan di luar zona eksklusi nuklir dan lokasi pengujian.

Sudah lama diketahui bahwa permukaan gletser dapat memiliki tingkat radioaktivitas yang luar biasa tinggi. Dalam beberapa tahun terakhir para ilmuwan telah mengeksplorasi masalah ini secara lebih rinci. Berdasarkan ahli glasiologi Caroline Clason dari Universitas Durham, di Inggris, konsentrasi radioaktivitas yang terlihat pada cryoconite kadang-kadang “dua atau bahkan tiga kali lipat lebih tinggi daripada yang kita temukan di jenis matriks lingkungan lainnya, seperti sedimen dan tanah, lumut dan lumut yang kita temukan di berbagai bagian dunia. dunia".

Pada tahun 2017 Clason dan rekannya menemukan bahwa tingkat radionuklida yang jatuh di cryoconite dari gletser Isfallsglaciären di Arktik Swedia mencapai 100 kali lebih tinggi daripada material yang terkumpul di lembah sekitar gletser (gambar 1). Konsentrasi isotop radioaktif cesium-137 (¹³⁷Cs) setinggi 4500 becquerels per kilogram (Bq/kg), dengan tingkat rata-rata sekitar 3000 Bq/kg (TC 15 5151). “Sungguh luar biasa berapa banyak [radioaktivitas] material di permukaan gletser yang berhasil terakumulasi,” kata Clason. “Lebih banyak dari yang kita lihat di lingkungan lain di lokasi yang sama.”

Pada tahun 2018 cryoconite di gletser Norwegia ditemukan lebih radioaktif (Sains. Tot. Env. 814 152656). Sampel, dikumpulkan oleh tim yang dipimpin oleh Edyta Łokas, seorang ilmuwan bumi di Institut Fisika Nuklir Akademi Ilmu Pengetahuan Polandia, dari 12 lubang cryoconite di gletser Blåisen mengungkapkan konsentrasi ¹³⁷Cs setinggi 25,000 Bq/kg, dengan kadar rata-rata sekitar 18,000 Bq/kg. Tingkat ¹³⁷Cs dalam tanah dan sedimen biasanya antara 0.5 dan 600 Bq/kg (Sci. Reputasi. 7 9623).

Kontaminasi Chernobyl

Radionuklida buatan ¹³⁷Cs dan cesium-134 (¹³⁴Cs) adalah produk fisi yang dihasilkan oleh pemisahan uranium-235 di reaktor tenaga nuklir dan beberapa senjata nuklir. Sebagian besar isotop cesium di gletser Norwegia dan Swedia berasal dari kecelakaan nuklir Chernobyl, tetapi ada juga kejatuhan dari ratusan uji coba nuklir atmosfer yang dilakukan pada pertengahan abad ke-20.

Terkenal sebagai bencana terburuk dalam sejarah pembangkit listrik tenaga nuklir, the Insiden Chernobyl terjadi pada 26 April 1986 selama uji daya rendah reaktor Nomor Empat di pembangkit listrik tenaga nuklir Chernobyl, yang saat itu berada di Uni Soviet. Tes tersebut menyebabkan ledakan dan kebakaran yang menghancurkan gedung reaktor, dan insiden bencana tersebut melepaskan sejumlah besar bahan radioaktif, termasuk isotop plutonium, yodium, strontium, dan cesium. Sebagian besar jatuh di sekitar pembangkit listrik tenaga nuklir dan wilayah besar yang sekarang menjadi Ukraina, Belarusia, dan Rusia, tetapi sirkulasi atmosfer, serta pola angin dan badai, juga menyebarkannya di sebagian besar belahan bumi utara.

Pola cuaca membuang sejumlah besar kejatuhan radioaktif dari Chernobyl di Skandinavia. Norwegia diperkirakan telah menerima sekitar 6% dari ¹³⁷Cs dan ¹³⁴Cs dilepaskan dari pembangkit listrik tenaga nuklir. Isotop dibawa ke negara itu oleh angin tenggara dan disimpan selama hujan di hari-hari setelah bencana nuklir.

Sekilas tentang hotspot tersembunyi Chernobyl

Cesium kemudian memasuki rantai makanan, karena diambil oleh tumbuhan, lumut dan jamur, yang dimakan oleh hewan penggembalaan seperti rusa dan domba. Pada tahun-tahun setelah bencana, sejumlah besar daging, susu, dan keju dari rusa dan domba di Norwegia dan Swedia memiliki konsentrasi cesium-isotop yang secara besar-besaran melebihi batas yang ditetapkan oleh pihak berwenang. Makanan ini masih diuji secara teratur.

Ada juga kejatuhan yang signifikan dari Chernobyl di Pegunungan Alpen Austria, dengan hujan deras pada hari-hari setelah bencana menyebabkan tingkat kontaminasi yang sangat tinggi di beberapa daerah. Survei tahun 2009 terhadap gletser Hallstätter dan Schladminger di Austria utara menemukan konsentrasi ¹³⁷Cs dalam cryoconite mulai dari 1700 Bq/kg hingga 140,000 Bq/kg (J.Env. Rad. 100 590).

Angin, hujan, api, dan lainnya

Tampaknya ada beberapa alasan mengapa cryoconite mengakumulasi radionuklida dan menjadi sangat radioaktif. Bahan radioaktif diangkut melalui atmosfer oleh angin dan pola sirkulasi global. Kemudian tersapu keluar dari atmosfer oleh presipitasi, yang dikenal sangat efektif dalam mengumpulkan partikel dan membawanya ke tanah. Selain itu, tingkat hujan, hujan salju, dan kabut cenderung tinggi di pegunungan dan daerah kutub yang menampung gletser.

Banyak material kering, dari fenomena seperti kebakaran hutan dan badai debu, juga dibuang di lingkungan glasial. Debu, jelaga, dan material serupa ini bergerak melalui sirkulasi atmosfer, tetapi seiring berjalannya waktu, ia mulai mengikat dan mengais material lain dari atmosfer – termasuk polutan seperti radionuklida – hingga menjadi terlalu berat dan jatuh ke tanah.

Begitu radionuklida dan kontaminan lainnya berada di lingkungan glasial, mereka berpindah-pindah melalui proses hidrologi. Di musim yang lebih hangat, kumpulan salju dan es di daerah tangkapan glasial mencair, bersama dengan bagian gletser itu sendiri. Air lelehan ini mengalir ke atas dan ke atas gletser, membawa kontaminan seperti radionuklida yang tersimpan di salju dan es bersamanya. Saat air mengalir melalui saluran dan lubang melintasi gletser, ia disaring oleh cryoconite yang duduk di cekungan ini, yang penuh dengan bahan termasuk lanau dan tanah liat yang diketahui mengikat unsur-unsur seperti radionuklida, logam, dan partikel antropogenik lainnya (gambar 2) .

Pemulung organik

Komponen biologis cryoconite juga tampaknya meningkatkan kemampuannya untuk mengumpulkan dan mengakumulasi radionuklida. Memang, Łokas menjelaskan bahwa untuk cryoconite dengan proporsi bahan organik yang tinggi – seperti ganggang, jamur dan bakteri – konsentrasi radionuklida jauh lebih tinggi.

Cryoconite di gletser Blåisen di Norwegia yang memiliki tingkat radioaktivitas sangat tinggi juga memiliki kandungan organik yang tinggi. Sementara studi tentang gletser lain telah menemukan cryoconite yang mengandung antara 5% dan 15% bahan biologis, sedimen dari Blåisen mengandung sekitar 30% bahan organik. Para peneliti mengatakan ini bisa menjadi bagian dari alasan tingginya konsentrasi radionuklida.

Łokas mengatakan bahwa kemampuan cryoconite untuk menahan dan memusatkan radionuklida tampaknya “terkait dengan sifat pengikatan logam dari zat ekstraseluler yang dikeluarkan oleh mikro-organisme”. Biofilm lengket ini melumpuhkan logam, dan bahan lain yang bisa menjadi racun, untuk mencegahnya memasuki sel mikro-organisme, jelasnya.

Hubungan antara bahan organik dan radionuklida yang jatuh ini juga terlihat di tempat lain. Ketika Owens menganalisis sampel cryoconite dari gletser Castle Creek di British Columbia, Kanada, dia menemukan hubungan positif yang signifikan antara konsentrasi radionuklida dalam sampel dan persentase bahan organik (Sci. Reputasi. 9 12531). Semakin banyak bahan biologis, semakin banyak bahan radioaktif.

Sepuluh tahun setelah Fukushima: bisakah bahan bakar baru membuat tenaga nuklir lebih aman?

Owens menjelaskan bahwa radionuklida yang jatuh ada di mana-mana. Apa yang terjadi di gletser, katanya, adalah bahwa mereka "difokuskan ke lokasi yang sangat kecil di permukaan gletser". Ada beberapa cara agar bahan penyusun sedimen dan zat ekstraseluler yang dikeluarkan oleh mikroorganisme yang hidup di dalamnya, dapat mengikat kontaminan. Ini semua membuat cryoconite menjadi agen pemulung yang sangat efisien, dan seiring waktu radionuklida yang jatuh di seluruh tangkapan glasial menjadi terkonsentrasi di dalamnya.

Berbagai sumber dan konsentrasi

Meskipun cenderung menjadi yang paling terkonsentrasi, ¹³⁷Cs bukan satu-satunya radionuklida yang ditemukan di cryoconite. Konsentrasi tinggi bahan radioaktif lainnya, seperti amerisium-241 (²⁴¹Am), bismut-207 (²⁰⁷Bi) dan isotop plutonium (Pu), juga telah terdeteksi. Ini terkait dengan kejatuhan global radionuklida dari uji coba senjata nuklir di atmosfer daripada bencana tenaga nuklir.

Campuran masukan ini, bersama dengan sirkulasi atmosfer global dan pola cuaca, berarti bahwa sumber dan konsentrasi radioisotop di gletser bervariasi di seluruh planet. Misalnya, Owens mengatakan bahwa sementara tingkat radionuklida tinggi di cryoconites di Kanada, mereka terutama berasal dari uji coba bom nuklir, karena jaraknya jauh dari Chernobyl.

Łokas saat ini menganalisis rincian radioaktivitas dalam cryoconites dari berbagai lokasi di seluruh dunia, termasuk di Kutub Utara, Islandia, Pegunungan Alpen Eropa, Amerika Selatan, Pegunungan Kaukasus, British Columbia, dan Antartika. Ahli glasiologi dari banyak negara, termasuk Owens dan Clason, telah menyumbangkan, mengumpulkan, dan menguji sampel untuk pekerjaan ini.

Tes telah menemukan itu radioaktivitas sangat tinggi di Pegunungan Alpen dan Skandinavia, sementara Łokas mengatakan tingkat terendah yang ditemukan sejauh ini ada di gletser di Islandia dan Greenland. Tidak ada sinyal dari Chernobyl yang teridentifikasi di area ini, hanya dampak global dari uji coba senjata, tambah Łokas.

Pekerjaan ini juga mengidentifikasi beberapa sinyal radionuklida yang menarik. Ada proporsi yang lebih tinggi dari ²³⁸Wow, ²³⁹Pu dan ²⁴⁰Pu di cryoconites dari belahan bumi selatan daripada belahan bumi utara, kata Łokas. Hal ini disebabkan kegagalan satelit yang membawa generator radiotermal SNAP-9A pada tahun 1964. Satelit tersebut hancur, melepaskan sekitar satu kilogram ²³⁸Pu ke atmosfer, terutama di belahan bumi selatan.

Ada juga lonjakan ²³⁸Pu isotop dari sampel gletser Exploradores di Patagonia Chili. Ini kemungkinan terkait dengan kegagalan penyelidikan Mars Rusia yang pecah di atmosfer di atas Amerika Selatan pada tahun 1996, kata Łokas. Itu membawa sekitar 200 g ²³⁸Pelet pu dan, meskipun nasib pastinya tidak diketahui, diperkirakan telah jatuh di suatu tempat di Chili dan Bolivia.

Penyebab kekhawatiran?

Masih belum jelas hbetapa khawatirnya kita tentang konsentrasi bahan radioaktif di gletser ini. Tidak ada kepastian apakah itu menimbulkan risiko lingkungan dalam skala besar, atau apakah itu masalah lokal di gletser, kata Clason. “Saya tentu tidak ingin pergi dan memakan materi di permukaan es; itu sangat radioaktif dibandingkan dengan sedimen lingkungan lainnya, ”tambahnya. "Tapi sejauh mana itu menjadi masalah begitu Anda berada di luar tangkapan glasial langsung itu, kami tidak tahu."

Saat sedimen mengendap di gletser, kecil kemungkinannya akan menjadi masalah bagi ekosistem dan kesehatan manusia. Tetapi ketika gletser mencair dan mundur, semakin banyak bahan warisan yang tersimpan di es dilepaskan

Ada alasan untuk khawatir. Bahan radioaktif memiliki dampak negatif yang terdokumentasi dengan baik pada kesehatan. Gletser juga menyimpan air tawar dalam jumlah besar, dengan miliaran orang di seluruh dunia menggunakan air lelehan untuk pertanian dan air minum. Saat iklim menghangat, gletser juga menyusut, yang berpotensi melepaskan kontaminan dan sedimen yang tersimpan dalam konsentrasi tinggi.

“Dengan semua pencairan gletser, bahan cryoconite ini lebih banyak berhubungan dengan air pencairan gletser. Sekarang mulai terekspos dan dapat disampaikan ke ekosistem hilir,” jelas Owens. Ketika sedimen duduk di gletser, katanya, tidak mungkin menjadi masalah bagi ekosistem dan kesehatan manusia. Tetapi ketika gletser mencair dan menyusut, semakin banyak bahan warisan yang tersimpan di es dilepaskan.

Juga tidak jelas berapa banyak radioaktivitas yang mungkin ada dalam sistem glasial, tambah Clason. “Selain pengendapan radionuklida atmosfer secara langsung, banyak radioaktivitas yang kita lihat di cryoconite kemungkinan besar mencair dari salju dan es tua yang diendapkan bertahun-tahun yang lalu,” jelas Clason. "Es itu sendiri memiliki persediaan radioaktivitas yang tidak dipahami dengan baik."

Warisan tersembunyi Chernobyl

Setelah mengalir ke sungai, bahan radioaktif kemungkinan akan diencerkan, kata Owens, "tapi kami tidak tahu," dia mengingatkan. Klason setuju. “Sementara konsentrasinya tinggi di tempat kami mengambil sampel, dalam skema besar, setelah semua bahan itu tersapu atau gletser mencair dan menyimpannya di lingkungan, itu mungkin diencerkan sejauh tidak di atas konsentrasi yang Anda inginkan. lihat di lingkungan sebaliknya, ”katanya. "Jadi itulah yang perlu kita cari tahu selanjutnya."

Di masa mendatang, Clason berharap dapat melakukan analisis yang lebih mendetail tentang jumlah cryoconite pada permukaan glasial, menggunakan teknik seperti citra drone beresolusi tinggi. Ini akan memungkinkan para peneliti untuk memperkirakan berapa banyak radioaktivitas yang mungkin ada di gletser. Memetakan cryoconite di permukaan seperti ini, dan kemudian menggabungkan informasi dengan model pencairan gletser, dapat membantu kita memahami bagaimana sedimen dan kontaminan yang dikandungnya dapat dilepaskan di masa mendatang.

• Konten Bertenaga SEO & Distribusi PR. Dapatkan Amplifikasi Hari Ini.
• PlatoAiStream. Kecerdasan Data Web3. Pengetahuan Diperkuat. Akses Di Sini.
• Mencetak Masa Depan bersama Adryenn Ashley. Akses Di Sini.
• Beli dan Jual Saham di Perusahaan PRE-IPO dengan PREIPO®. Akses Di Sini.
• Sumber: https://physicsworld.com/a/trapped-in-ice-the-surprisingly-high-levels-of-artificial-radioactive-isotopes-found-in-glaciers/