Anomalie izotopów plutonu na lodowcach półkuli południowej
EurekAlert!: [https://www.eurekalert.org/news-releases/1068038]
12 grudnia 2024
Typowy dołek kriokonitowy. (Źródło: IFJ PAN)
Wyniki najnowszych badań prowadzonych przez naukowców z Instytutu Fizyki Jądrowej Polskiej Akademii Nauk w Krakowie rzucają nowe światło na procesy akumulacji izotopów plutonu na lodowcach półkuli południowej. Analizy próbek kriokonitu – osadu gromadzącego się na lodowcach – ujawniają nie tylko różnice w stężeniach między półkulami, ale także wskazują na niespotykane wcześniej anomalie izotopowe, mogące mieć związek z takimi katastrofami jak upadek sondy kosmicznej Mars-96.
Lodowce górskie nie tylko dodają krajobrazowi majestatycznego uroku, ale także pełnią ważną rolę w dostarczaniu słodkiej wody. Ich topnienie, spowodowane globalnym ociepleniem, niesie jednak poważne konsekwencje, od podnoszenia poziomu mórz po zmniejszanie zasobów wodnych kluczowych dla produkcji energii w elektrowniach wodnych. Dodatkowo, uwalniane z lodu radionuklidy oraz inne zanieczyszczenia mogą migrować do pobliskich ekosystemów, gdzie akumulują się i wpływają na łańcuch troficzny.
Radioaktywne pierwiastki są obecne w środowisku zarówno wskutek naturalnych procesów, jak i działalności człowieka. Sztuczne radionuklidy, takie jak pluton, trafiły do środowiska głównie podczas prób jądrowych, awarii reaktorów oraz w wyniku wypadków satelitów i sond kosmicznych zawierających radioaktywne źródła energii. Substancje te, rozprzestrzeniane głównie przez atmosferę, kumulują się w różnych ekosystemach, w tym na lodowcach, gdzie gromadzą się w postaci ciemnych osadów zwanych kriokonitami. Typowy dołek kriokonitowy ma nie więcej niż kilkadziesiąt centymetrów średnicy i głębokości. Na jego dnie zalega osad, który jest wynikiem nagromadzenia materii organicznej i zanieczyszczeń: radionuklidów, metali ciężkich, pestycydów, mikroplastiku bądź antybiotyków. Osad ten stanowi potencjalne zagrożenie dla lokalnych ekosystemów.
Najnowsze badania, przeprowadzone w Instytucie Fizyki Jądrowej Polskiej Akademii Nauk (IFJ PAN) w Krakowie z użyciem nowatorskich metod spektrometrii masowej, pozwoliły stworzyć bazę danych dla izotopów plutonu 238,239,240Pu w lodowcach półkuli północnej i południowej. Przeanalizowane próbki kriokonitu pochodziły z 49 lodowców w dziewięciu regionach świata, w tym z Arktyki, Alp, Himalajów i Antarktydy. Materiał był zbierany przez międzynarodowy zespół badawczy w latach 2000-2020, a prace sfinansowano z projektu Narodowego Centrum Nauki.
„Są to pierwsze na tak szeroką skalę analizy zawartości plutonu w próbkach kriokonitu
”, podkreśla dr hab. inż. Edyta Łokas (IFJ PAN), inicjatorka i koordynatorka badań oraz główna autorka publikacji w czasopiśmie „Science of the Total Environment”.
Wyniki badań dostarczyły naukowcom unikatowych informacji na temat akumulacji, dystrybucji i źródeł izotopów plutonu w lodowcach. Stężenia aktywności plutonu 239+240Pu okazały się być znacznie wyższe na półkuli północnej niż na półkuli południowej, co odzwierciedla nierównomierną między półkulami depozycję plutonu pochodzącego z testów broni jądrowej. Na półkuli północnej najwyższe stężenia występują w Skandynawii i Alpach. W przypadku plutonu 238Pu nie stwierdzono istotnych różnic między półkulami. Kriokonit z półkuli południowej charakteryzuje się dużą heterogenicznością zarówno pod względem aktywności, jak i stosunków masowych plutonu.
Po raz pierwszy zaobserwowano niespotykane w literaturze stosunki izotopów 238Pu/239+240Pu w kriokonitach lodowca Exploradores w Patagonii. Hipoteza badaczy sugeruje, że nadmiar 238Pu może być związany z upadkiem rosyjskiej sondy kosmicznej Mars-96, która zatonęła w oceanie w pobliżu wybrzeży Chile w 1996 roku. Sonda zawierała generator z plutonem 238Pu, co może tłumaczyć podwyższone stężenia tego izotopu na pobliskim lodowcu. Wyniki badań są pierwszymi tego typu obserwacjami pokazującymi anomalie stosunków izotopowych plutonu na półkuli południowej. Próbki kriokonitu z lodowców Ameryki Południowej wykazywały ponadto stosunki masowe izotopów 240Pu/239Pu znacznie różniące się od wartości literaturowych, co wskazuje, że dominujące źródło plutonu było związane z niskimi testami jądrowymi w obrębie Polinezji Francuskiej.
“Obserwowane przez nas stężenia aktywności plutonu w kriokonicie są - szczególnie na półkuli północnej - rzędy wielkości wyższe niż w innych matrycach środowiskowych stosowanych do monitorowania środowiska, takich jak porosty, mchy, gleby i osady. Jednocześnie nasze odkrycia podkreślają znaczenie kriokonitu w akumulacji zanieczyszczeń radioaktywnych, które potencjalnie mogą stanowić zagrożenie dla otaczającej fauny i flory, a jednocześnie pozwalają śledzić rozprzestrzenianie się tych zanieczyszczeń
”, mówi dr Łokas.
Grupa naukowców z IFJ PAN kontynuuje swoje prace. Kolejne badania, realizowane we współpracy z krakowską Akademią Górniczo-Hutniczą, zaplanowano na czapie lodowej Jostedalsbreen w Norwegii. Wyprawa, która odbyła się w sierpniu 2024 roku, miała na celu dalsze zrozumienie źródeł i procesów akumulacji zanieczyszczeń w lodowcach.
[PDF]
Kontakt:
dr hab. Edyta Łokas
Instytut Fizyki Jądrowej Polskiej Akademii Nauk
tel.: +48 12 662 8152
email: edyta.lokas@ifj.edu.pl
Publikacje naukowe:
„Isotopic signature of plutonium accumulated in cryoconite on glaciers worldwide”
E. Łokas et al.
Science of The Total Environment, 951 (2024) 175356
DOI: http://dx.doi.org/10.1016/j.scitotenv.2024.175356
Materiały graficzne:
Typowy dołek kriokonitowy. (Źródło: IFJ PAN)
Dr hab. Edyta Łokas z Instytutu Fizyki Jądrowej PAN pobiera próbkę kriokonitu z lodowca. (Źródło: IFJ PAN)
Schemat depozycji izotopów plutonu na powierzchnię lodowca. (Źródło: IFJ PAN)