Intrappolato nel ghiaccio: i livelli sorprendentemente alti di isotopi radioattivi artificiali trovati nei ghiacciai - Physics World

Pensa ai ghiacciai e mi vengono in mente immagini di vaste e incontaminate lastre di ghiaccio, che ricoprono le distese dell'Artico e dell'Antartide. Mentre è vero che il 99% del ghiaccio glaciale è limitato alle regioni polari del nostro pianeta, i ghiacciai si trovano anche nelle catene montuose di quasi tutti i continenti, coprendo quasi il 10% della superficie terrestre. Il ghiaccio glaciale è anche il più grande serbatoio di acqua dolce del nostro pianeta, con quasi il 69% dell'acqua dolce del mondo.

Nonostante appaiano nelle immagini come fiumi di ghiaccio argentei e incontaminati, i ghiacciai contengono molti depositi organici, come polvere e microbi. Ma i ricercatori stanno scoprendo che contengono anche una quantità preoccupante di materiali nucleari tossici, e solo ora stiamo iniziando a capire i rischi posti dallo scioglimento dei ghiacciai.

"Per alcuni di questi ghiacciai che sono stati valutati, in particolare quelli nelle Alpi europee e in altre parti d'Europa, le concentrazioni di alcuni di questi radionuclidi di ricaduta sono alte come le abbiamo registrate all'interno di zone disastrate come Chernobyl o il Fukushima zona in Giappone”, spiega Filippo Owens, uno scienziato ambientale presso la University of Northern British Columbia, in Canada.

Polvere, sporcizia, microbi

Da vicino, i ghiacciai non sono perfettamente bianchi. Sono spesso grigie e sporche, anche nere in alcuni punti, grazie ai depositi. Conosciuto come crioconite, questo sedimento scuro e fine che si forma sulle superfici glaciali è costituito da polvere, sporco e fuliggine, nonché da piccole particelle di roccia e minerali. Proviene da una varietà di luoghi, compresi i dintorni locali come rocce erose e terreno esposto vicino al ghiacciaio, ma anche da fonti lontane come deserti e terre aride, incendi e motori a combustione. 

Questi materiali vengono trasportati sui ghiacciai attraverso vari processi come il vento, la pioggia, le circolazioni atmosferiche e le attività antropiche e animali. Poiché questa crioconite è di colore scuro, si riscalda al sole e scioglie il ghiaccio, creando depressioni piene d'acqua. Questi fori diventano quindi trappole per più materiale, provocando la formazione di raccolte più grandi di crioconite.

La crioconite è anche ricca di materiali organici come alghe, funghi, batteri e altri microbi. Man mano che questi si raccolgono, crescono e si moltiplicano sul sedimento, iniziano a formare una parte considerevole della massa di crioconite. La materia organica produce anche biofilm appiccicosi, che aiutano i microbi ad aderire al sedimento e tra loro, e formano comunità, aiutando a crescere ulteriormente le raccolte di crioconite.

Ma la crioconite non è solo rocce, polvere, sporcizia e microbi. La ricerca ha dimostrato che è anche pieno di molti diversi contaminanti antropogenici, inclusi metalli pesanti, pesticidi, microplastiche e antibiotici. Come i componenti più naturali, anche questi sono intrappolati dalle depressioni acquose e dai biofilm appiccicosi, legandosi alla polvere e ai minerali nel sedimento.

Ricaduta radioattiva di vasta portata

Negli ultimi anni è diventato chiaro che la crioconite è spesso piena di un altro contaminante piuttosto inaspettato: materiale nucleare sotto forma di "radionuclidi di ricaduta" (FRN). I test hanno rilevato che le concentrazioni di questi radionuclidi artificiali superano di gran lunga quelle in altri ambienti terrestri. In effetti, alcuni di questi sedimenti sono i più radioattivi mai trovati al di fuori delle zone di esclusione nucleare e dei siti di test.

È noto da tempo che le superfici dei ghiacciai possono avere livelli insolitamente elevati di radioattività. Negli ultimi anni gli scienziati hanno esplorato la questione in modo più dettagliato. Secondo la glaciologa Caroline Clason della Durham University, nel Regno Unito, la concentrazione di radioattività osservata nella crioconite a volte è "di due o anche tre ordini di grandezza superiore a quella che troveremmo in altri tipi di matrici ambientali, come sedimenti e suoli, licheni e muschi che troviamo in diverse parti del mondo".

Nel 2017 Clason e colleghi hanno scoperto che i livelli di radionuclidi di ricaduta nella crioconite del ghiacciaio Isfallsglaciären nella Svezia artica erano fino a 100 volte superiori rispetto al materiale raccolto nella valle intorno al ghiacciaio (figura 1). Concentrazioni dell'isotopo radioattivo cesio-137 (¹³⁷Cs) raggiungevano i 4500 becquerel per chilogrammo (Bq/kg), con livelli medi di circa 3000 Bq/kg (TC 15 5151). "È abbastanza incredibile quanta [radioattività] il materiale sulla superficie del ghiacciaio sia riuscito ad accumulare", afferma Clason. "Molto più di quanto vediamo nel resto dell'ambiente nella stessa posizione."

Nel 2018 la crioconite su un ghiacciaio norvegese è risultata ancora più radioattiva (Sci. Tot. Avv. 814 152656). Campioni, raccolti da un team guidato da Edyta Łokas, scienziata della terra presso l'Istituto di fisica nucleare dell'Accademia polacca delle scienze, da 12 fori di crioconite sul ghiacciaio Blåisen hanno rivelato concentrazioni di ¹³⁷Cs fino a 25,000 Bq/kg, con un livello medio di circa 18,000 Bq/kg. Livelli di ¹³⁷Cs nei suoli e nei sedimenti sono generalmente compresi tra 0.5 e 600 Bq/kg (Sci. Rappresentante. 7 9623).

La contaminazione di Chernobyl

I radionuclidi artificiali ¹³⁷Cs e cesio-134 (¹³⁴Cs) sono prodotti di fissione prodotti dalla scissione dell'uranio-235 nei reattori nucleari e in alcune armi nucleari. La maggior parte degli isotopi di cesio sui ghiacciai norvegesi e svedesi provengono dall'incidente nucleare di Chernobyl, ma ci sono anche ricadute dovute alle centinaia di test nucleari atmosferici condotti a metà del XX secolo.

Famigerato come il peggior disastro nella storia della produzione di energia nucleare, il L'incidente di Chernobyl è avvenuto il 26 aprile 1986 durante un test a bassa potenza del reattore numero quattro presso la centrale nucleare di Chernobyl, che allora si trovava nell'Unione Sovietica. Il test ha causato un'esplosione e un incendio che ha distrutto l'edificio del reattore e l'incidente catastrofico ha rilasciato una quantità significativa di materiale radioattivo, inclusi isotopi di plutonio, iodio, stronzio e cesio. La maggior parte è caduta nelle immediate vicinanze della centrale nucleare e in vaste aree di quelle che oggi sono l'Ucraina, la Bielorussia e la Russia, ma le circolazioni atmosferiche, così come i modelli di vento e tempesta, l'hanno diffusa anche su gran parte dell'emisfero settentrionale.

I modelli meteorologici hanno scaricato una notevole quantità di ricadute radioattive da Chernobyl in Scandinavia. Si stima che la Norvegia abbia ricevuto circa il 6% del ¹³⁷Cs e ¹³⁴Cs rilasciato dalla centrale nucleare. Gli isotopi sono stati trasportati nel paese da un vento di sud-est e depositati durante le piogge nei giorni successivi al disastro nucleare.

Scorcio degli hotspot nascosti di Chernobyl

Il cesio è poi entrato nella catena alimentare, poiché è stato assorbito da piante, licheni e funghi, che sono stati mangiati da animali al pascolo come renne e pecore. Negli anni successivi al disastro grandi quantità di carne, latte e formaggio di renne e pecore in Norvegia e Svezia avevano concentrazioni di isotopi di cesio che superavano ampiamente i limiti fissati dalle autorità. Questi alimenti sono ancora regolarmente testati.

Ci sono state anche significative ricadute di Chernobyl nelle Alpi austriache, con forti piogge nei giorni successivi al disastro che hanno portato a livelli molto elevati di contaminazione in alcune aree. Un'indagine del 2009 sui ghiacciai Hallstätter e Schladminger nel nord dell'Austria ha rilevato concentrazioni di ¹³⁷Cs in crioconite che vanno da 1700 Bq/kg a 140,000 Bq/kg (J. Avv. Rad. 100 590).

Vento, pioggia, fuoco e altro ancora

Sembrano esserci diverse ragioni per cui la crioconite accumula radionuclidi e diventa così radioattiva. Il materiale radioattivo viene trasportato attraverso l'atmosfera dai venti e dai modelli di circolazione globale. Viene quindi lavato via dall'atmosfera mediante precipitazione, che è nota per essere particolarmente efficace nel raccogliere il particolato e portarlo a terra. Inoltre, i livelli di pioggia, nevicate e nebbia tendono ad essere elevati nelle regioni montuose e polari che ospitano ghiacciai.

Molto materiale secco, proveniente da fenomeni come incendi boschivi e tempeste di sabbia, viene scaricato anche in ambienti glaciali. Questa polvere, fuliggine e materiale simile viaggia attraverso la circolazione atmosferica, ma mentre lo fa inizia a legarsi e a rimuovere altro materiale dall'atmosfera, inclusi inquinanti come i radionuclidi, finché non diventa troppo pesante e cade a terra.

Una volta che i radionuclidi e altri contaminanti si trovano nell'ambiente glaciale, vengono spostati dai processi idrologici. Nelle parti più calde dell'anno, il manto nevoso e il ghiaccio in un bacino glaciale si sciolgono, insieme a parti del ghiacciaio stesso. Questa acqua di fusione scorre sopra e sopra il ghiacciaio, portando con sé contaminanti come i radionuclidi immagazzinati nella neve e nel ghiaccio. Mentre l'acqua scorre attraverso canali e buchi attraverso il ghiacciaio, viene filtrata dalla crioconite che si trova in queste depressioni, che è piena di materiali tra cui limo e argilla che sono noti per legare elementi come radionuclidi, metalli e altre particelle antropogeniche (figura 2) .

Spazzini organici

La componente biologica della crioconite sembra anche migliorare la sua capacità di raccogliere e accumulare radionuclidi. Infatti, Łokas spiega che per la crioconite con un'alta percentuale di materiale organico – come alghe, funghi e batteri – la concentrazione di radionuclidi è molto più alta.

La crioconite sul ghiacciaio Blåisen in Norvegia, che aveva livelli particolarmente elevati di radioattività, aveva anche un alto contenuto organico. Mentre gli studi su altri ghiacciai hanno trovato la crioconite che conteneva tra il 5% e il 15% di materiale biologico, i sedimenti di Blåisen erano circa il 30% di materia organica. I ricercatori affermano che questo potrebbe essere uno dei motivi delle sue alte concentrazioni di radionuclidi.

Łokas afferma che la capacità della crioconite di trattenere e concentrare i radionuclidi sembra essere "correlata alle proprietà di legare i metalli delle sostanze extracellulari che vengono escrete dai microrganismi". Questi biofilm appiccicosi immobilizzano i metalli e altri materiali che possono essere tossici, per impedire loro di entrare nelle cellule dei microrganismi, spiega.

Questo legame tra materia organica e radionuclidi di ricaduta è stato individuato anche altrove. Quando Owens ha analizzato i campioni di crioconite dal ghiacciaio Castle Creek nella Columbia Britannica, in Canada, ha trovato una significativa relazione positiva tra la concentrazione di radionuclidi nei campioni e la percentuale di materiale organico.Sci. Rappresentante. 9 12531). Più materiale biologico, più materiale radioattivo.

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Owens spiega che i radionuclidi di ricaduta sono ovunque. Quello che sta accadendo sui ghiacciai, dice, è che sono "concentrati in questi punti veramente piccoli sulla superficie del ghiacciaio". Ci sono modi in cui sia i materiali che compongono il sedimento che le sostanze extracellulari escrete dai microrganismi che lo abitano possono legare i contaminanti. Tutto ciò rende la crioconite un agente di scavenging altamente efficiente e nel tempo i radionuclidi che sono caduti in tutto il bacino glaciale si concentrano in esso.

Fonti e concentrazioni variabili

Anche se tende ad essere il più concentrato, ¹³⁷Cs non è l'unico radionuclide trovato nella crioconite. Alte concentrazioni di altri materiali radioattivi, come l'americio-241 (²⁴¹Am), bismuto-207 (²⁰⁷Sono stati rilevati anche isotopi di Bi) e plutonio (Pu). Questi sono collegati alla ricaduta globale di radionuclidi dai test atmosferici sulle armi nucleari piuttosto che disastri nucleari.

Questo mix di input, insieme alla circolazione atmosferica globale e ai modelli meteorologici, significa che le fonti e le concentrazioni di radioisotopi sui ghiacciai variano in tutto il pianeta. Ad esempio, Owens afferma che mentre i livelli di radionuclidi sono alti nei crioconiti in Canada, provengono principalmente dai test delle bombe nucleari, poiché è molto lontano da Chernobyl.

Łokas sta attualmente analizzando i dettagli della radioattività nei crioconiti provenienti da vari siti in tutto il mondo, tra cui l'Artico, l'Islanda, le Alpi europee, il Sud America, le montagne del Caucaso, la Columbia Britannica e l'Antartide. Glaciologi di molti paesi, tra cui Owens e Clason, hanno donato, raccolto e testato campioni per questo lavoro.

I test lo hanno trovato rl'adioattività è particolarmente elevata nelle Alpi e in Scandinavia, mentre Łokas afferma che i livelli più bassi trovati finora sono stati sui ghiacciai in Islanda e Groenlandia. Nessun segnale da Chernobyl è stato identificato in queste aree, solo la ricaduta globale dei test sulle armi, aggiunge Łokas.

Il lavoro ha anche identificato alcuni interessanti segnali di radionuclidi. Ci sono percentuali più elevate di ²³⁸Oh, ²³⁹Pu e ²⁴⁰Pu in crioconiti dall'emisfero meridionale rispetto all'emisfero settentrionale, dice Łokas. Ciò è dovuto al guasto di un satellite che trasportava un generatore radiotermico SNAP-9A nel 1964. Il satellite si è disintegrato, rilasciando circa un chilogrammo di ²³⁸Pu nell'atmosfera, principalmente nell'emisfero australe.

C'è anche un picco ²³⁸Isotopi Pu da campioni del ghiacciaio Exploradores nella Patagonia cilena. Questo è probabilmente collegato alla fallita sonda russa su Marte che si è rotta nell'atmosfera sopra il Sud America nel 1996, dice Łokas. Trasportava circa 200 g di ²³⁸Pu pellet e, mentre il loro destino esatto è sconosciuto, si pensa che siano caduti da qualche parte sopra il Cile e la Bolivia.

Motivo di preoccupazione?

Non è ancora chiaro hQuanto dobbiamo essere preoccupati per questa concentrazione di materiale radioattivo sui ghiacciai. Non c'è certezza se rappresenti un rischio ambientale su larga scala o se si tratti di un problema localizzato sui ghiacciai, afferma Clason. “Certamente non vorrei andare a mangiare il materiale sulla superficie ghiacciata; è davvero abbastanza radioattivo rispetto ad altri sedimenti ambientali”, aggiunge. "Ma la misura in cui questo è un problema una volta che sei al di fuori di quel bacino glaciale immediato, semplicemente non lo sappiamo."

Quando il sedimento si trova sul ghiacciaio, è improbabile che sia un problema per l'ecosistema e la salute umana. Ma mentre i ghiacciai si sciolgono e si ritirano, sempre più materiale immagazzinato nel ghiaccio viene rilasciato

Ci sono motivi per essere preoccupati. I materiali radioattivi hanno impatti negativi ben documentati sulla salute. I ghiacciai immagazzinano anche grandi quantità di acqua dolce, con miliardi di persone in tutto il mondo che utilizzano l'acqua di fusione per l'agricoltura e l'acqua potabile. Mentre il clima si riscalda, anche i ghiacciai si stanno ritirando, il che potrebbe potenzialmente rilasciare contaminanti e sedimenti immagazzinati in alte concentrazioni.

“Con tutto lo scioglimento glaciale, questo materiale di crioconite sta entrando in contatto molto più con l'acqua di scioglimento glaciale. Ora sta iniziando a essere esposto e può essere consegnato all'ecosistema a valle”, spiega Owens. Quando il sedimento si trova sul ghiacciaio, dice, è improbabile che sia un problema per l'ecosistema e la salute umana. Ma mentre i ghiacciai si sciolgono e si ritirano, sempre più materiale immagazzinato nel ghiaccio viene rilasciato.

Inoltre, non è chiaro esattamente quanta radioattività possa esserci in un sistema glaciale, aggiunge Clason. "Oltre alla deposizione atmosferica diretta di radionuclidi, è probabile che gran parte della radioattività che vediamo nella crioconite venga sciolta dalla vecchia neve e dal ghiaccio depositati molti anni fa", spiega Clason. "Il ghiaccio stesso ha un inventario di radioattività che non è ben compreso."

L'eredità nascosta di Chernobyl

Una volta che scorre nei fiumi, è probabile che il materiale radioattivo venga diluito, dice Owens, "ma non lo sappiamo", avverte. Clason è d'accordo. "Sebbene le concentrazioni siano elevate dove campionamo, nel grande schema delle cose, una volta che tutto quel materiale è stato lavato via o il ghiacciaio si scioglie e lo deposita nell'ambiente, potrebbe essere diluito nella misura in cui non è al di sopra delle concentrazioni che si vedere nell'ambiente altrimenti ", dice. "Quindi questo è quello che dobbiamo capire dopo."

In futuro, Clason spera di effettuare un'analisi più dettagliata della quantità di crioconite sulle superfici glaciali, utilizzando tecniche come le immagini dei droni ad alta risoluzione. Ciò consentirebbe ai ricercatori di stimare quanta radioattività potrebbe esserci su un ghiacciaio. Mappare la crioconite sulla superficie in questo modo, e quindi combinare le informazioni con i modelli di scioglimento dei ghiacciai, potrebbe aiutarci a capire come i sedimenti e i contaminanti che contengono potrebbero essere rilasciati in futuro.

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• Fonte: https://physicsworld.com/a/trapped-in-ice-the-surprisingly-high-levels-of-artificial-radioactive-isotopes-found-in-glaciers/