В ловушке во льду: в ледниках обнаружены удивительно высокие уровни искусственных радиоактивных изотопов

Подумайте о ледниках, и на ум приходят образы огромных нетронутых ледяных покровов, покрывающих просторы Арктики и Антарктики. Хотя верно то, что 99% ледникового льда приурочено к полярным регионам нашей планеты, ледники также встречаются в горных хребтах почти на каждом континенте, покрывая почти 10% земной поверхности. Ледниковый лед также является крупнейшим резервуаром пресной воды на нашей планете, в нем содержится почти 69% мировых запасов пресной воды.

Несмотря на то, что на изображениях ледники выглядят как серебристые нетронутые ледяные реки, они содержат много органических отложений, таких как пыль и микробы. Но исследователи обнаруживают, что они также включают тревожное количество токсичных ядерных материалов, и мы только сейчас начинаем понимать риски, связанные с таянием ледников.

«Для некоторых из этих ледников, которые были оценены, особенно в европейских Альпах и других частях Европы, концентрации некоторых из этих выпадающих радионуклидов настолько высоки, насколько мы зафиксировали их в зонах бедствий, таких как Чернобыль или Фукусима области в Японии», объясняет Филип Оуэнс, ученый-эколог из Университета Северной Британской Колумбии в Канаде.

Пыль, грязь, микробы

Вблизи ледники не бывают идеально белыми. Они часто серые и грязные, местами даже черные из-за отложений. Этот темный мелкий осадок, образующийся на поверхности ледников, известный как криоконит, состоит из пыли, грязи и сажи, а также мелких частиц камня и минералов. Он возникает из самых разных мест, в том числе из местных окрестностей, таких как выветрившиеся скалы и обнаженная земля возле ледника, а также из отдаленных источников, таких как пустыни и засушливые земли, лесные пожары и двигатели внутреннего сгорания. 

Эти материалы переносятся на ледники в результате различных процессов, таких как ветер, дождь, атмосферные циркуляции, а также антропогенная деятельность и деятельность животных. Поскольку этот криоконит темного цвета, он нагревается на солнце и плавит лед, создавая заполненные водой углубления. Затем эти отверстия становятся ловушками для большего количества материала, в результате чего образуются большие скопления криоконита.

Криоконит также полон органических материалов, таких как водоросли, грибы, бактерии и другие микробы. По мере того, как они накапливаются, растут и размножаются на отложениях, они начинают формировать значительную часть криоконитовой массы. Органическое вещество также образует липкие биопленки, которые помогают микробам прилипать к отложениям и друг к другу и образовывать сообщества, помогая скоплениям криоконита расти дальше.

Но криоконит — это не только камни, пыль, грязь и микробы. Исследования показали, что он также полон различных антропогенных загрязнителей, включая тяжелые металлы, пестициды, микропластик и антибиотики. Как и более естественные компоненты, они также улавливаются водянистыми впадинами и липкими биопленками, связываясь с пылью и минералами в отложениях.

Далеко идущие радиоактивные осадки

В последние годы выяснилось, что криоконит часто насыщен другим довольно неожиданным загрязнителем – ядерным материалом в виде «выпадающих радионуклидов» (ФРН). Испытания показали, что концентрации этих искусственных радионуклидов значительно превышают концентрации в других земных средах. Действительно, некоторые из этих отложений являются самыми радиоактивными из когда-либо обнаруженных за пределами ядерных зон отчуждения и полигонов.

Давно известно, что поверхности ледников могут иметь необычно высокий уровень радиоактивности. В последние годы ученые более подробно изучают этот вопрос. В соответствии с гляциолог Кэролайн Клейсон из Даремского университета, в Великобритании концентрация радиоактивности, наблюдаемая в криоконите, иногда «на два или даже три порядка выше, чем мы находим в других типах природных матриц, таких как отложения и почвы, лишайники и мхи, которые мы находим в разных частях Земли». мир".

В 2017 году Клейсон и его коллеги обнаружили, что уровни выпадения радионуклидов в криоконите ледника Isfallsglaciären в арктической Швеции были в 100 раз выше, чем в материале, собранном в долине вокруг ледника (рис. 1). Концентрации радиоактивного изотопа цезий-137 (¹³⁷Cs) достигали 4500 беккерелей на килограмм (Бк/кг) со средними уровнями около 3000 Бк/кг (TC 15 5151). «Совершенно невероятно, сколько [радиоактивности] материала удалось накопить на поверхности ледника», — говорит Клейсон. «Намного больше, чем мы видим в остальной среде в том же месте».

В 2018 году криоконит норвежского ледника оказался еще более радиоактивным (науч. Тот. Окруж. 814 152656). Образцы, собранные группой под руководством Эдита Локас, геолог из Института ядерной физики Польской академии наук., из 12 криоконитовых скважин на леднике Блейзен были обнаружены концентрации ¹³⁷Cs достигает 25,000 18,000 Бк/кг при среднем уровне около XNUMX XNUMX Бк/кг. Уровни ¹³⁷Cs в почвах и отложениях обычно составляет от 0.5 до 600 Бк/кг (Sci. По донесению 7 9623).

Чернобыльское загрязнение

Искусственные радионуклиды ¹³⁷Cs и цезий-134 (¹³⁴Cs) — продукты деления, образующиеся при расщеплении урана-235 в ядерных энергетических реакторах и некоторых видах ядерного оружия. Большинство изотопов цезия на норвежских и шведских ледниках образовались в результате аварии на Чернобыльской АЭС, но есть и радиоактивные осадки сотен атмосферных ядерных испытаний, проведенных в середине 20-го века.

Печально известный как самая страшная катастрофа в истории атомной энергетики, Чернобыльская авария произошла 26 апреля 1986 года. во время маломощных испытаний реактора номер четыре на Чернобыльской АЭС, находившейся тогда в Советском Союзе. Испытание вызвало взрыв и пожар, разрушившие здание реактора, а в результате катастрофического инцидента высвободилось значительное количество радиоактивных материалов, включая изотопы плутония, йода, стронция и цезия. Большая часть этого выпала в непосредственной близости от атомной электростанции и на больших территориях, которые сейчас являются Украиной, Беларусью и Россией, но атмосферные циркуляции, а также ветры и штормы также рассеяли его по большей части северного полушария.

Погодные условия сбросили значительное количество радиоактивных осадков из Чернобыля в Скандинавию. По оценкам, Норвегия получила около 6% ¹³⁷CS и ¹³⁴Cs выбрасывается из атомной электростанции. Изотопы были принесены в страну юго-восточным ветром и выпали во время дождя в дни после ядерной катастрофы.

Взгляд на скрытые точки Чернобыля

Затем цезий попал в пищевую цепочку, поскольку он был поглощен растениями, лишайниками и грибами, которые поедали пасущиеся животные, такие как северные олени и овцы. В годы после катастрофы в большом количестве мяса, молока и сыра северных оленей и овец в Норвегии и Швеции концентрация изотопа цезия значительно превышала пределы, установленные властями. Эти продукты до сих пор регулярно тестируются.

Кроме того, в австрийских Альпах выпало значительное количество радиоактивных осадков из Чернобыля, а проливные дожди в дни после катастрофы привели к очень высокому уровню загрязнения в некоторых районах. Обследование ледников Гальштеттер и Шладмингер в северной Австрии, проведенное в 2009 году, выявило скопление ¹³⁷Cs в криоконите от 1700 Бк/кг до 140,000 XNUMX Бк/кг (J. Env. Рад. 100 590).

Ветер, дождь, огонь и многое другое

По-видимому, существует несколько причин, по которым криоконит накапливает радионуклиды и становится таким радиоактивным. Радиоактивный материал переносится через атмосферу ветрами и глобальными схемами циркуляции. Затем он вымывается из атмосферы осадками, которые, как известно, особенно эффективно собирают твердые частицы и опускают их на землю. Кроме того, уровни дождя, снегопадов и тумана, как правило, выше в горных и полярных регионах, где расположены ледники.

Много сухого материала от таких явлений, как лесные пожары и пыльные бури, также сбрасывается в ледниковую среду. Эта пыль, сажа и подобные материалы перемещаются посредством атмосферной циркуляции, но при этом они начинают связываться друг с другом и поглощать другие материалы из атмосферы, включая загрязняющие вещества, такие как радионуклиды, пока не станут слишком тяжелыми и не упадут на землю.

Как только радионуклиды и другие загрязняющие вещества попадают в ледниковую среду, они перемещаются в результате гидрологических процессов. В более теплые периоды года снежный покров и лед в ледниковом водосборе тают вместе с частями самого ледника. Эта талая вода стекает на ледник и над ним, унося с собой загрязняющие вещества, такие как радионуклиды, которые хранились в снегу и льду. По мере того, как вода течет по каналам и отверстиям через ледник, она фильтруется криоконитом, находящимся в этих впадинах, которые полны материалов, включая ил и глину, которые, как известно, связывают такие элементы, как радионуклиды, металлы и другие антропогенные частицы (рис. 2). .

Органические поглотители

Биологический компонент криоконита, по-видимому, также усиливает его способность собирать и накапливать радионуклиды. Действительно, Локас объясняет, что в криоконите с высокой долей органического материала, такого как водоросли, грибки и бактерии, концентрация радионуклидов намного выше.

Криоконит на леднике Блейзен в Норвегии, который имел особенно высокий уровень радиоактивности, также имел высокое содержание органических веществ. В то время как исследования других ледников обнаружили криоконит, который содержал от 5% до 15% биологического материала, отложения Блейзена содержали около 30% органического вещества. Исследователи говорят, что это может быть одной из причин высокой концентрации радионуклидов.

Локас говорит, что способность криоконита удерживать и концентрировать радионуклиды, по-видимому, «связана со свойствами связывания металлов с внеклеточными веществами, выделяемыми микроорганизмами». Эти липкие биопленки иммобилизуют металлы и другие материалы, которые могут быть токсичными, чтобы предотвратить их попадание в клетки микроорганизмов, объясняет она.

Эта связь между органическим веществом и выпадающими радионуклидами была замечена и в других местах. Когда Оуэнс проанализировал образцы криоконита из ледника Касл-Крик в Британской Колумбии, Канада, он обнаружил значительную положительную связь между концентрацией радионуклидов в образцах и процентным содержанием органического материала (Sci. По донесению 9 12531). Чем больше биологического материала, тем больше радиоактивного материала.

Десять лет после Фукусимы: могут ли новые виды топлива сделать ядерную энергетику более безопасной?

Оуэнс объясняет, что выпадающие радионуклиды есть везде. По его словам, с ледниками происходит то, что они «сосредотачиваются на этих очень маленьких участках на поверхности ледника». Существуют способы, которыми как материалы, составляющие осадок, так и внеклеточные вещества, выделяемые живущими в нем микроорганизмами, могут связывать загрязняющие вещества. Все это делает криоконит высокоэффективным поглотителем, и со временем в нем концентрируются радионуклиды, выпавшие по всему ледниковому водосбору.

Различные источники и концентрации

Хотя он имеет тенденцию быть наиболее концентрированным, ¹³⁷Cs — не единственный радионуклид, обнаруженный в криоконите. Высокие концентрации других радиоактивных материалов, таких как америций-241 (²⁴¹Am), висмут-207 (²⁰⁷Также были обнаружены изотопы Bi) и плутония (Pu). Они связаны с глобальным выпадением радионуклидов в результате испытаний ядерного оружия в атмосфере. а не ядерные катастрофы.

Такое сочетание факторов, а также глобальная атмосферная циркуляция и погодные условия означают, что источники и концентрации радиоизотопов на ледниках различаются по всей планете. Например, Оуэнс говорит, что, хотя уровни радионуклидов в криоконитах в Канаде высоки, они в основном связаны с испытаниями ядерных бомб, так как это далеко от Чернобыля.

В настоящее время Локас анализирует детали радиоактивности криоконитов из различных мест по всему миру, в том числе из Арктики, Исландии, европейских Альп, Южной Америки, Кавказских гор, Британской Колумбии и Антарктиды. Гляциологи из многих стран, в том числе Оуэнс и Клейсон, пожертвовали, собрали и протестировали образцы для этой работы.

Испытания показали, что rАдиоактивность особенно высока в Альпах и Скандинавии, в то время как Локас говорит, что самые низкие уровни, обнаруженные до сих пор, были на ледниках Исландии и Гренландии. В этих районах не было обнаружено никакого сигнала из Чернобыля, только глобальные последствия испытаний оружия, добавляет Локас.

В ходе работы также были выявлены некоторые интересные радионуклидные сигналы. Здесь более высокие доли ²³⁸Пу, ²³⁹Пу и ²⁴⁰Pu в криоконитах из южного полушария, чем из северного полушария, говорит Локас. Это связано с выходом из строя спутника с радиотепловым генератором СНАП-9А в 1964 году. Спутник распался, выпустив около килограмма ²³⁸Pu попадает в атмосферу, в основном над южным полушарием.

Также наблюдается всплеск ²³⁸Изотопы Pu из образцов ледника Эксплорадорес в чилийской Патагонии. По словам Локаса, это, вероятно, связано с неудавшимся российским марсианским зондом, который разбился в атмосфере над Южной Америкой в ​​1996 году. В нем было около 200 гр. ²³⁸Pu гранулы, и, хотя их точная судьба неизвестна, считается, что они упали где-то над Чили и Боливией.

Причина беспокойства?

Это пока неясно hМы должны быть обеспокоены этой концентрацией радиоактивного материала на ледниках. По словам Клейсона, нет уверенности в том, представляет ли это опасность для окружающей среды в больших масштабах или это локальная проблема на ледниках. «Я, конечно, не хотел бы идти и есть материал на поверхности льда; он действительно довольно радиоактивный по сравнению с другими отложениями в окружающей среде», — добавляет она. «Но насколько это проблема, когда вы находитесь за пределами этого непосредственного ледникового водосбора, мы просто не знаем».

Когда отложения находятся на леднике, это вряд ли будет проблемой для экосистемы и здоровья человека. Но по мере таяния и отступления ледников высвобождается все больше и больше устаревшего материала, хранящегося во льду.

Есть причины для беспокойства. Радиоактивные материалы имеют хорошо задокументированные негативные последствия для здоровья. Ледники также хранят огромное количество пресной воды, и миллиарды людей во всем мире используют талую воду для сельского хозяйства и питьевой воды. По мере потепления климата ледники также отступают, что потенциально может привести к высвобождению накопленных загрязняющих веществ и отложений в высоких концентрациях.

«Со всем таянием ледников этот криоконитовый материал вступает в гораздо больший контакт с талой ледниковой водой. Теперь он начинает подвергаться воздействию и может быть доставлен в экосистему ниже по течению», — объясняет Оуэнс. По его словам, когда отложения остаются на леднике, это вряд ли будет проблемой для экосистемы и здоровья человека. Но по мере того, как ледники тают и отступают, высвобождается все больше и больше этого наследственного материала, хранящегося во льду.

Также неясно, сколько именно радиоактивности может быть в ледниковой системе, добавляет Клейсон. «В дополнение к прямому атмосферному осаждению радионуклидов большая часть радиоактивности, которую мы наблюдаем в криоконите, вероятно, выплавляется из старого снега и льда, отложившихся много лет назад», — объясняет Клейсон. «Сам лед содержит запасы радиоактивности, которые недостаточно изучены».

Скрытое наследие Чернобыля

Как только он попадет в реки, радиоактивный материал, скорее всего, растворится, говорит Оуэнс, «но мы не знаем», — предупреждает он. Клейсон соглашается. «Хотя концентрации там, где мы отбираем пробы, высоки, по большому счету, как только весь этот материал будет смыт или ледник растает и отложит его в окружающую среду, он может быть разбавлен до такой степени, что его концентрации не превышают указанные вами концентрации. видеть в окружающей среде иначе», — говорит она. — Так вот что нам нужно выяснить дальше.

В будущем Клейсон надеется провести более подробный анализ количества криоконита на ледниковых поверхностях, используя такие методы, как снимки с дронов высокого разрешения. Это позволило бы исследователям оценить, сколько радиоактивности может быть на леднике. Картирование криоконита на поверхности таким образом, а затем объединение информации с моделями таяния ледников может помочь нам понять, как отложения и содержащиеся в них загрязняющие вещества могут быть высвобождены в будущем.

• SEO-контент и PR-распределение. Получите усиление сегодня.
• ПлатонАйСтрим. Анализ данных Web3. Расширение знаний. Доступ здесь.
• Чеканка будущего с Эдриенн Эшли. Доступ здесь.
• Покупайте и продавайте акции компаний PREIPO® с помощью PREIPO®. Доступ здесь.
• Источник: https://physicsworld.com/a/trapped-in-ice-the-surprisingly-high-levels-of-artificial-radioactive-isotopes-found-in-glaciers/