Sztuczne radionuklidy w środowisku lądowym Arktyki Edyta Łokas

Transkrypt

1 Sztuczne radionuklidy w środowisku lądowym Arktyki Edyta Łokas 1

2 Archipelag Svalbard N : E Cztery główne i około 150 mniejszych wysp. Obszar km 2, 60% zlodowacone. Najwyższe wzniesienie 1717 m. 90% powierzchni nie zmienione przez człowieka 2

3 ARKTYKA OCIEPLENIE KLIMATU ZMIANY ŚRODOWISKA recesja lodowców Bliskość źródeł zanieczyszczeń: Nowa Ziemia, Sellafield Wrażliwy ekosystem UWALNIANIE ZANIECZYSZCZEŃ PROMIENIOTWÓRCZYCH SŁABO ZBADANE Seminarium IFJ PAN 3

4 AMAP (Arctic Monitoring Assessment Programme) AMAP jest jedną z grup pracujących pod kierunkiem Rady Arktycznej. Jest odpowiedzialny za monitoring i określenie stanu Arktyki pod względem zanieczyszczeń i zmian klimatu. 4

5 Zanieczyszczenia promieniotwórcze w środowisku arktycznym 5

6 Potencjalne i aktualne źródła zanieczyszczeń radioaktywnych europejskiej części Arktyki: Testy broni jądrowej ( ) w tym na Nowej Ziemi (podziemne wybuchy ) Produkcja i przeróbka paliwa jądrowego w Europie Zachodniej (Sellafield , Cape La Haque ) Katastrofa elektrowni w Czarnobylu (1986) Instalacje jądrowe i składowiska odpadów w zlewniach rzek Ob i Jenisej Satelita Cosmos-954 (1978) SNAP 9A (1964) 6

7 Model rozprzestrzenienia zanieczyszczeń 137 Cs pochodzącym z testów z bronią jądrową (AMAP, 1998) 7

8 Przebieg czasowy i rozkład przestrzenny opad globalny Pu 75 Depozycja Pu [UNSCEAR77] (GF) 2 Przebieg depozycji Pu (GF) 0-80 N [UNSCEAR 82] [Bq/m 2 ] [10 15 Bq] N Szer. Geogr. S lata Spitsbergen 8

9 Identyfikacja źródeł Pu Poszczególne źródła zanieczyszczeń charakteryzują się specyficznymi wartościami stosunków izotopów, dlatego też możliwa jest ich identyfikacja: 238 Pu/ Pu Globalny opad promieniotwórczy + SNAP 9A: 0,025 Czarnobyl: 0,55 Sellafield: 0,17 0,21 La Hague: 0,26 0, Am/ Pu Globalny opad promieniotwórczy: 0, Pu/ 137 Cs Globalny opad promieniotwórczy: 0, Pu/ 239 Pu Globalny opad promieniotwórczy: 0,18 9

10 Obszar badań 10

11 Rejon Hornsundu 11

12 Calipsobyen CAL4 CAL6 12 CAL7

13 Petuniabukta RP-T5 POZA ZDJĘCIEM RP-T4 POZA ZDJĘCIEM RP-T6 RP-T7 RP-L1 RP-L2 RP-T1 RP-L3 RP-T8 PR-T2 i 3 POZA ZDJĘCIEM 13

14 Kaffioyra 14

15 Pobór profili torfowych mech średnio rozłożony torf rozłożony torf w. torfowo- 15 mineralna

16 Gleby inicjalne Pobór profili glebowych Gleby tundrowe 16

17 Metody analityczne -suszenie w temperaturze 105 C -pomiar na spektrometrze gamma 137 Cs (350 analiz) -mineralizacja próbek ( 242 Pu, 243 Am) (278 analiz) -rozpuszczenie źródeł plutonowych, oczyszczenie ze śladów U (TEVA) i pomiar na spektrometrze masowym MC ICPMS w celu oznaczenia stosunku izotopowego 240 Pu/ 239 Pu (200 analiz, wykonawca - Instytut Nauk Geologicznych PAN w Krakowie; analiz, wykonawca - Northern Arizona University, USA)

18 Weryfikacja analiz IAEA-375 soil Izotop A (Bq/kg) Wartość referencyjna Wydajność (%) 137 Cs 5066 ± 48 a 5280 ( ) 238 Pu 0.08 ± ( ) Pu 0.27 ± ( ) Am 0.22 ± ( ) 52 IAEA-447 moss-soil 137 Cs 431 ± 19 b 425 ± Pu 0.18 ± ± Pu 5.80 ± ± Am ± IAEA-385 sediment 137 Cs 38 ± 9 c 33 ( ) 238 Pu 0.42 ± ( ) Pu 2.96 ± ( ) Am 3.37 ± ( ) 45 a Corrected for decay to the reference date of IAEA Soil 375 (31 st December 1991) b Corrected for decay to the reference date of IAEA Moss-Soil 447 (15th November 2009) c Corrected for decay to the reference date of IAEA Sedimentl 385 (1 st January 1996) 18

19 TORFY GLEBY INICJALNE STREFY PROGLACJALNEJ GLEBY TUNDROWE 19

20 TORFY torfowiska zajmują około 70% powierzchni Arktyki, rozpowszechnione są zwłaszcza w wysokich szerokościach geograficznych i stanowią fundamentalną rolę w globalnym systemie klimatycznym możliwość rekonstrukcji zmian depozycji sztucznych radionuklidów w czasie (mchy jako bioakumulatory, wysoka wartość pojemności wymiany kationowej CEC) bardzo słabo rozpoznany element środowiska Arktyki Mchy i torfy bardzo efektywnie zatrzymują radionuklidy - Radiologiczne konsekwencje - Możliwość datowania 20

21 Arktyczne torfowiska charakteryzują się specyficznymi warunkami hydrologicznymi: -poziom wody jest tuż pod powierzchnią co pozwala na rozwój torfów -warstwa aktywna sięga głębokości m, co roku zamarza i odmarza i jest nasycona wodą -poniżej tej warstwy jest wieczna zmarzlina, która zapobiega głębokiemu przesiąkaniu 21

22 Wyniki analiz 137 Cs, 239,240 Pu, 241 Am (Bq/m 2 ) w torfach 22

23 Zasób radionuklidów w profilach torfowych Pu (Bq/m 2) 238 Pu (Bq/m 2 ) 241 Am (Bq/m 2 ) 137 Cs (Bq/m 2 ) T1 29 ± 3 0,8 ± 0,2 13,4 ± 1,1 479 ± 113 T2 64 ± 6 1,6 ± 0,2 27,6 ± 2,9 909 ± 81 T3 21 ± 2 0,9 ± 0,6 7,7 ± 0,9 847 ± 71 T4 26 ± 2 1,0 ± 0,1 10,1 ± 1,2 473 ± 110 T5 26 ± 3 1,3 ± 0,1 4,5 ± 0, ± 65 T6 32 ± 3 0,8 ± 0,2 11,7 ± 1,1 192 ± Cs: 0,2 2,2 kbq/m Pu: Bq/m 2 (Dowdall et al. 2005) 238 Pu: 0,3 Bq/ m 2 (Hardy et al. 1973) 23

24 Korelacje koncentracji Pu, Cs i Am (torfy) Stosunek mas 240 Pu/ 239 Pu (torfy) 240 Pu/ 239 Pu 240 Pu/ 239 Pu Głębokośc (cm) Głębokośc (cm) Pu/ 239 Pu: od 0,142 ± 0,006 do 0,171 ± 0,001 od 0,191 ± 0,002 do 0,241 ± 0, T3 T6 T2 T5 T1 T Seminarium IFJ PAN

25 STREFA PROGLACJALNA 25

26 26

27 Dlaczego badamy radionuklidy antropogeniczne w glebach arktycznych? Ocieplenie klimatu wpływa znacząco na gleby na Spitsbergenie Wycofujące się lodowce odsłaniają duże obszary, na których rozwijają się gleby Sztuczne radionuklidy w Arktyce są: 1. czynnikiem radioekologicznym 2. mogą dostarczyć informacji o tempie procesów sedymentologicznych i wpływie procesów kriogenicznych Brak obserwacji łączących zawartość sztucznych radionuklidów w glebach z ich własnościami

28 Lodowiec Werenskiolda Lodowce Scotta i Renarda 28

29 Zasób radionuklidów w profilach gleb inicjalnych Pu (Bq/m 2) 238 Pu (Bq/m 2 ) 241 Am (Bq/m 2 ) 137 Cs (Bq/m 2 ) GL1 164 ± ± ± ± 200 GL2 68 ± ± ± ± 150 GL3 131 ± ± ± ± 500 GL4 79 ± ± ± 500 GL5 163 ± ± ± 400 GL6 58 ± ± ± Cs: 0,2 2,2 kbq/m Pu: Bq/ m Pu: 0,3 Bq/ m 2 GL ± ± ± ± 3800 GL ± ± ± ± 500 CAL6 886 ± ± ± ± 941 CAL7 188 ± ± ± ± CAL ± ± ± 31 Seminarium IFJ PAN 29

30 Co to są kriokonity? 30

31 Werenskiold max: 137 Cs 3000 Bq/kg; Pu - 20 Bq/kg; 241 Am 14 Bq/kg Renard max: 137 Cs 300 Bq/kg; Pu Seminarium - 8 Bq/kg; IFJ PAN 241 Am 2.5 Bq/kg 31

32 Korelacje koncentracji Pu, Cs i Am WERENSKIOLD i CALIPSO Stosunek mas 240 Pu/ 239 Pu 32

33 TUNDRA 33

34 Petunia 34

35 Kaffioyra Calipso 35

36 PETUNIA Pu (Bq/m 2) 238 Pu (Bq/m 2 ) 241 Am (Bq/m 2 ) 137 Cs (Bq/m 2 ) PET ± ± ± ± 38 PET ± ± ± ± 70 PET ± ± ± ± 80 PET ± ± ± 185 PET ± ± ± ± 56 PET ± ± ± ± 117 PET ± ± ± ± 34 PEL ± ± ± ± 47 PEL ± ± ± ± 145 KAFFIOYRA Pu (Bq/m 2) 238 Pu (Bq/m 2 ) 241 Am (Bq/m 2 ) 137 Cs (Bq/m 2 ) S ± ± ± ± 167 S ± ± ± 65 S ± ± ± ± 304 S5 51 ± ± ± S ± ± ± 35

37 HORNSUND Pu (Bq/m 2) 238 Pu (Bq/m 2 ) 241 Am (Bq/m 2 ) 137 Cs (Bq/m 2 ) GA 30 ± ± ± ± 129 GB 23 ± 2-12 ± ± 56 GC 24 ± 2-11 ± ± 83 CALIPSO Pu (Bq/m 2) 238 Pu (Bq/m 2 ) 241 Am (Bq/m 2 ) 137 Cs (Bq/m 2 ) CAL ± ± ± ± 127 CAL ± ± ± ± 99 CAL ± ± ± 22 CAL ± ± ± 25 CAL ± ± ± Cs: 0,2 2,2 kbq/m Pu: Bq/ m 2 (Dowdall et al. 2005) 238 Pu: 0,3 Bq/ m 2 (Hardy et al. 1973) 37

38 Korelacje koncentracji Pu, Cs i Am TUNDRA (wszystkie badane obszary) Stosunek mas 240 Pu/ 239 Pu 38

39 Wnioski 1. Badania wykazały, że w strefie proglacjalnej lodowców głównym źródłem zanieczyszczenia jest globalny opad promieniotwórczy, choć podwyższony stosunek 240 Pu/ 239 Pu, 238 Pu/ Pu i obniżony stosunek Pu/ 137 Cs świadczy o dodatkowym źródle zanieczyszczenia 4. W tundrze i torfach zaobserwowano TYPOWE wartości sztucznych radionuklidów (globalny opad promieniotwórczy) 5. Na przedpolach punktowo zaobserwowano BARDZO WYSOKIE wartości sztucznych radionuklidów 6. Tak wysokie koncentracje są spowodowane obecnością KRIOKONITÓW 7. Uzyskane wyniki przyczyniają się do zrozumienia transferu materii pomiędzy lodowcem a przedpolem 39

40 FINANSOWANIE Sztuczne radionuklidy w badaniach zmian środowiska polarnego. Projekt badawczy MNiSW nr N N ( ) Radioactive environment of the European Arctic on the verge of change. Projekt badawczy POMOST (Fundacja na rzecz Nauki Polskiej) nr POMOST/2010-2/9 ( ) 40