Topniejące lodowce Arktyki uwalniają zanieczyszczenia promieniotwórcze

  
Rys. 1. Lokalizacja punktów badawczych.

Dlaczego warto badać środowisko lądowe Arktyki?
Negatywne skutki działalności człowieka zaznaczają się nawet w znacznie oddalanym od centrów cywilizacji środowisku Arktyki. Należą do nich zanieczyszczenie metalami śladowymi, w tym pierwiastkami promieniotwórczymi, które rozprzestrzeniają się w skali globalnej za pośrednictwem mas powietrza. Globalna cyrkulacja atmosferyczna sprzyja kumulowaniu tych zanieczyszczeń na obszarze Arktyki. Biorąc pod uwagę dużą podatność ekosystemów arktycznych na wszelkie zaburzenia ważne jest rozpoznanie zawartości pierwiastków promieniotwórczych oraz czynników warunkujących ich mobilność w różnych elementach tamtejszego środowiska. Ze względu na słabą dostępność Arktyki i trudne warunki prowadzenia badań terenowych wiedza ta jest ciągle niedostateczna. Specyficznym składnikiem środowiska Arktyki są lodowce, które np. w archipelagu Svalbard pokrywają ok. 60% powierzchni.
Instytut Fizyki Jądrowej Polskiej Akademii Nauk od 2007 roku prowadzi badania promieniotwórczości sztucznej i naturalnej na Spitsbergenie. Badania te prowadzi dr inż. Edyta Łokas w Pracowni Badań Skażeń Radioaktywnych Środowiska. Zasadnicza idea badań narodziła się podczas dwóch wypraw naukowych na Spitsbergen, które umożliwiły zapoznanie ze specyfiką tego środowiska, wytypowanie obiektów badań, wypracowanie metod poboru i transportu badanych materiałów oraz pobranie części próbek do analiz.

   

Rys. 2. A: Instytutu Fizyki Jądrowej PAN zaangażowany w badania polarne na Spitsbergenie; B: prace terenowe na przedpolu lodowca Werenskiolda; C: przedpole lodowca Werenskiolda.

Topnienie arktycznych lodowców skutkuje uwalnianiem zanieczyszczeń, które wcześniej były unieruchomione w lodzie lodowcowym. Jednym z czynników odpowiedzialnych za topnienie lodu lodowcowego są KRIOKONITY – nagromadzenia pyłów opadających z atmosfery na powierzchnie lodowców. Ich ciemne zabarwienie powoduje, że nagrzewają się od promieniowania słonecznego silniej niż lód i wtapiają w jego powierzchnię tworząc charakterystyczne zagłębienia wypełnione w ciągu lata wodą. Kriokonity stanowią bazę dla występowania licznych organizmów, których cechy i znaczenie dla obiegu materii w środowisku arktycznym są przedmiotem intensywnych badań. Dopiero niedawno zwrócono uwagę na specyficzną zdolność kriokonitów do akumulowania pierwiastków promieniotwórczych.

 

Rys. 3. A: powierzchnia lodowca Werenskiolda wraz z wodami potoku supraglacjalnego (wody płynące po powierzchni lodowca); B: kriokonity na powierzchni lodowca; C: granulki kriokonitów przed suszeniem i pomiarem.

Zdolność ta związana jest z silnie adsorbującymi metale substancjami polimerowymi wydzielanymi przez komórki sinic – najpowszechniejszych mikroorganizmów występujących w kriokonitach. Zadaniem tych kleistych substancji spajających kriokonity jest wiązanie toksycznych pierwiastków poza komórkami sinic. W efekcie kriokonity uzyskują mechaniczną spoistość pozwalająca im na przetrwanie na powierzchni lodowca przez wiele, nawet dziesiątki, lat co skutkuje niezwykle wysokimi stężeniami zawartych w nich tych pierwiastków promieniotwórczych, które zostały uwolnione do atmosfery w wyniku wybuchów jądrowych w atmosferze (ich kulminacja nastąpiła w latach 1963-1964), katastrof jądrowych (Czernobyl, Fukushima), emisji z zakładów przeróbki paliwa jądrowego, czy też mniej znanych awarii satelitów zasilanych jądrowymi źródłami energii. Do radionuklidów tych należą: izotopy Pu, Cs-134,137, Am-241 i Sr-90. Poza tymi, uwolnionymi przez człowieka radionuklidami kriokonity akumulują również naturalnie występujące w środowisku promieniotwórcze izotopy 210Pb i 210Po. Stężenia radionuklidów zaobserwowane w kriokonitach osiągają niezwykle wysokie wartości porównywalne z tymi, które występują na silnie skażonych terenach w pobliżu miejsc katastrof jądrowych. Kriokonity są więc istotnym składnikiem radiacyjnego środowiska Arktyki (Łokas et al., 2016). Dopóki pozostają na powierzchni lodowców nie przedostają się do sieci pokarmowych ekosystemów arktycznych, ale obserwowane w Arktyce zmniejszanie się zasięgu lodowców skutkuje depozycją substancji tworzących kriokonity na przedpolach lodowców (Łokas et al., 2017). Materiał ten, wzbogacony w radionuklidy, może być przemieszczany przez wiatr i cieki wodne oraz asymilowany przez rośliny pojawiające się z czasem na terenach odsłoniętych przez lodowce. Zmniejszanie się zasięgu lodowców może więc skutkować rozprzestrzenieniem tych radionuklidów w ekosystemach lądowych i morskich.

W strefie proglacjalnej lodowca Werenskiolda zarejestrowano zanieczyszczenia radioaktywne 137Cs porównywalne ze skażeniami wywołanymi przez emisje związane z katastrofami w Czarnobylu i Fukushimie.
Badania prowadzone w strefie proglacjalnej lodowca Werenskiolda (Rys. 1) wykazały bardzo duże przestrzenne zróżnicowanie stężenia aktywności właściwej oraz całkowitej zawartości poszczególnych radionuklidów (137Cs, 238,239,240Pu, 241Am, 210Pb). Zasoby 137Cs w inicjalnych glebach zmieniały się w zakresie od 180 ± 30 Bq m-2 do 120 ± 2,4 kBq m-2 (Rys. 4) (Łokas et al., 2017). Zarówno stężenia aktywności radionuklidów pochodzenia atmosferycznego jak i zasoby wyznaczone w glebach strefy proglacjalnej przewyższały wartości udokumentowane dla innych gleb północno-zachodniego rejonu Spitsbergenu.


 

Rys. 4. Miejsce poboru profili pionowych gleb w strefie proglacjalnej lodowca Werenskiolda (strefa pomiędzy czołem lodowca a moreną czołową).

Zbadane profile glebowe podzielono, ze względu na wielkość całkowitego zasobu sztucznych radionuklidów, na dwie grupy: profile o zasobach porównywalnych lub większych niż bezpośrednia depozycja atmosferyczna oraz profile o niemierzalnej lub bardzo niskiej zawartości radionuklidów. Najwyższe zasoby, a jednocześnie stężenia aktywności, występowały w kilku profilach z południowej części przedpola tego lodowca. Występowanie w tych profilach warstw ze szczególnie wysokimi stężeniami aktywności radionuklidów (do 3300 ± 100 Bq/kg dla 137Cs, 20,4 ± 1,7 Bq/kg dla 239,240Pu, 14,1 ± 0,9 Bq/kg dla 241Am i 620 ± 5 Bq/kg dla 210Pb) należy wiązać z depozycją materiału kriokonitowego wzbogaconego w radionuklidy pochodzenia atmosferycznego. Naturalnie występujące w przyrodzie radionuklidy (226Ra, 232Th i 40K) wykazywały dużo mniejszą zmienność pomiędzy profilami niż radionuklidy atmosferyczne a ich stężenia aktywności były zgodne z typowymi wartościami obserwowanymi dla północnego obszaru Spitsbergenu czy dla stref proglacjalnych lodowców norweskich.


Prace zespołu z IFJ PAN są i były finansowane z grantu OPUS Narodowego Centrum Nauki i Fundacji na Rzecz Nauki Polskiej.

Łokas E., Wachniew P., Jodłowski P., Gąsiorek M. Airborne radionuclides in the proglacial environment as indicators of sources and transfers of soil material. Journal of Environmental Radioactivity (2017), 178-179: 193-202.
Łokas E., Zaborska A., Kolicka M., Różycki M., Zawierucha K. Accumulation of atmospheric radionuclides and heavy metals in cryoconite holes on an Arctic glacier. Chemosphere (2016), 160: 162-172.