Pilotażowe badania zawartości Cs, Pu i K w glebach Tatrzańskiego Parku Narodowego.pdf

Tom 51, 2002

Numer 4 (257)

Strony 407–413

B ARBARA K UBICA

Zak³ad Fizykochemii J¹drowej

Instytut Fizyki J¹drowej im. H. Niewodniczañskiego w Krakowie

Radzikowskiego 152, 31-342 Kraków

Katedra Nauk o Œrodowisku

Akademia Górniczo-Hutnicza

Al. Mickiewicza 30, 03-059 Kraków

e-mail: kubica@alf.ifj.edu.pl

PILOTA¯OWE BADANIA ZAWARTOŒCI 137 Cs, 239+240 Pu i 40 K W PRÓBKACH

GLEBY Z TATRZAÑSKIEGO PARKU NARODOWEGO

WSTÊP

Zanieczyszczenie œrodowiska przyrodni-

czego stanowi jedno z g³ównych antropoge-

nicznych zagro¿eñ Tatrzañskiego Parku Naro-

dowego (TPN). Szczególny rodzaj zanieczysz-

czeñ stanowi¹ pierwiastki promieniotwórcze.

Niektóre z nich znalaz³y siê w œrodowisku Zie-

mi w momencie jej tworzenia i czêœæ z nich po-

zosta³a do tej chwili. Stanowi¹ one grupê natu-

ralnych izotopów promieniotwórczych ist-

niej¹cych i tolerowanych w œrodowisku biolo-

gicznym, np. 40 K . Istotnym problemem dla

ochrony œrodowiska s¹ sztuczne radioizotopy,

tzn. takie, które zosta³y wyprodukowane przez

cz³owieka, np. 137 Cs, 134 Cs, 90 Sr, 239+240 Pu, 238 Pu,

241 Pu i 241 Am. W wyniku wybuchów j¹drowych

prowadzonych przez supermocarstwa w la-

tach 60. ubieg³ego stulecia, a tak¿e po awarii

elektrowni atomowej w Czarnobylu na obsza-

rze TPN pojawi³o siê ska¿enie , i -radioizo-

topami.

Dotychczasowe badania rozmiarów i prze-

strzennego rozk³adu zanieczyszczeñ na terenie

Tatrzañskiego Parku Narodowego dotyczy³y w

g³ównej mierze substancji lotnych, takich jak

dwutlenek siarki, tlenki azotu, fluor czy ozon, a

jedynie w mniejszym zakresie metali ciê¿kich

(M IECHÓWKA iM IKO£AJCZYK 1996) i substancji

ropopochodnych (K RZAN 1989, 1993; K RZAN i

S KAWIÑSKI 1993).

TEREN BADAÑ I METODYKA

Tatrzañski Park Narodowy obejmuje

najm³odsze i najwy¿sze w Polsce góry fa³dowe

powsta³e w wyniku orogenezy alpejskiej. W

plejstocenie uleg³y one zlodowaceniu, które

ust¹pi³o ok. 10000 lat temu. Ze wzglêdu na ró¿-

nice w charakterze krajobrazu, budowê geolo-

giczn¹ i rodzaj tworz¹cych je ska³ Tatry Polskie

dziel¹ siê na dwie czêœci: Tatry Wysokie i Tatry

Zachodnie. Tatry Wysokie, zbudowane ze ska³

krystalicznych (granodioryty i granity), tworz¹

ostry grzbiet górski z licznymi bocznymi

odga³êzieniami. Krajobraz ich cechuje siê cha-

rakterystycznymi formami polodowcowymi:

ostre szczyty i granie oraz liczne kot³y zajête w

wiêkszoœci przez jeziora. Tatry Zachodnie nato-

miast, zbudowane s¹ ze ska³ metamorficznych

(gnejsy i ³upki metamorficzne) i osadowych

(wapienie, dolomity i piaskowce). Krajobraz

ich sk³ada siê z licznych malowniczych dolin z

ostañcowymi formami skalnymi. Tatry, podob-

408

B ARBARA K UBICA

nie jak Alpy, maj¹ skomplikowan¹ budowê

p³aszczowinow¹. Na trzonie krystalicznym le¿y

p³aszczowina wierchowa (Czerwone Wierchy,

Giewont), na niej zaœ p³aszczowiny reglowe

(dolna, œrodkowa i górna), a na koñcu pokrywa

eoceñska (N YKA 1972, M IRK 1996).

CHARAKTERYSTYKA PODEJMOWANEJ PROBLEMATYKI

W skorupie ziemskiej znajduje siê 60 natu-

ralnych radionuklidów, a dodatkowych kilka-

naœcie jest wytworzonych przez promieniowa-

nie kosmiczne (H RYNKIEWICZ 1993). Oprócz

wp³ywu tego typu radionuklidów, otoczenie

ulega tak¿e ska¿eniom pierwiastkami promie-

niotwórczymi powstaj¹cymi wskutek dzia³al-

noœci cz³owieka. G³ównym Ÿród³em ich obec-

noœci s¹: (i) wybuchy j¹drowe prowadzone w

atmosferze, (ii) katastrofy reaktorów oraz (iii)

przeróbka i sk³adowanie paliwa j¹drowego.

W wyniku wybuchu, a nastêpnie po¿aru re-

aktora j¹drowego w Czarnobylu do atmosfery

przedosta³o siê kilkadziesi¹t izotopów promie-

niotwórczych o ³¹cznej aktywnoœci przekra-

czaj¹cej 10 19 Bq. W Zak³adzie Fizykochemii

J¹drowej w Instytucie Fizyki J¹drowej w Kra-

kowie prowadzono badania na zawartoœæ izo-

topów promieniotwórczych pochodz¹cych z

Czarnobyla takich jak 137 Cs, 134 Cs, 106 Ru, 144 Ce,

125 Sb, 90 Sr, 238 Pu, 239+240 Pu, 241 Pu i 241 Am, w

œció³ce leœnej na terenie ca³ej Polski Du¿o uwa-

gi poœwiêcono badaniom obecnoœci 137 Cs i

134 Cs w œrodowisku (M ATERIA£Y Z JAZDOWE

1996). Prace te przyczyni³y siê do wyjaœnienia

obiegu tego pierwiastka w ekosystemach, zaœ

cykl biogeochemiczny innych radionuklidów

jest s³abo znany.

Rozró¿nia siê dwa rodzaje sk³adu izotopo-

wego ska¿eñ promieniotwórczych po katastro-

fie czarnobylskiej: opad typu paliwowego i

typu kondensacyjnego (K RASNOV 1998).

Typ paliwowy charakteryzuje siê trudn¹ do

zaniedbania obecnoœci¹ izotopów promienio-

twórczych, trudnotopliwych, nielotnych pier-

wiastków, takich jak pluton i inne transura-

nowce, oraz ceru, europu, niobu, cyrkonu, ru-

tenu i strontu. W opadzie kondensacyjnym do-

minuj¹cym d³ugo¿yciowym izotopem jest

137 Cs. Typ paliwowy opadu zwi¹zany jest z

obecnoœci¹ znacznych iloœci drobnych frag-

mentów paliwa j¹drowego — tzw. gor¹cych

cz¹stek typu paliwowego (B RODA 1987,

B RODA i wspó³aut. 1989). Dla znacznego obsza-

ru Polski obserwowany by³ opad typu konden-

sacyjnego. Obecne w œrodowisku Tatrzañskie-

go Parku Narodowego radionuklidy 90 Sr, 241 Am

i plutonu pochodz¹ z wczeœniejszego opadu

promieniotwórczego, zwi¹zanego z prowadze-

niem testów z broni¹ j¹drow¹, praktycznie za-

koñczonych traktatem w 1963 r. (R APORT

1977). W kondensacyjnym opadzie promienio-

twórczym z Czarnobyla stanowi³y one nie-

wielk¹ domieszkê. Przyk³adowo stosunek ak-

tywnoœci 137 Cs do 90 Sr wynosi³ w przybli¿eniu

50:1, podczas gdy w opadzie typu paliwowego

œrednio stosunek ten by³ bliski 2:1 (R APORT

1991, M IETELSKI iV AJDA 1997).

W Polsce opad czarnobylski typu paliwo-

wego wyst¹pi³ w najbardziej oddalonym na

pó³nocny-wschód terenie Polski, np. w Pusz-

czy Augustowskiej (P IEÑKOWSKI i wspó³aut.

1987, L ILJNZIN i wspó³aut. 1988, J ARACZ i

wspó³aut. 1990, M IETELSKI 1998, M IETELSKI i

wspó³aut. 1999). Po kilkunastu latach od

wyst¹pienia opadu izotopy z „gor¹cych

cz¹stek” (B RODA i wspó³aut. 1989) uleg³y w

ró¿nym stopniu wymyciu i zosta³y wprowa-

dzone w obieg w ekosystemach. W ostatnich

latach prowadzono badania maj¹ce na celu

okreœlenia stê¿enia 90 Sr w koœciach dzikich

zwierz¹t z Puszczy Augustowskiej (M IETELSKI i

wspó³aut. 2002). W 2000 r. przeprowadzono

pilota¿owe badania na zawartoœæ gamma emi-

terów 137 Cs i 134 Cs oraz naturalnego 40 Kw

próbkach gleby pobranych w dwóch skrajnie

po³o¿onych walnych dolinach (w Dolinie Ry-

biego Potoku i w Dolinie Koœcieliskiej). W nie-

których próbkach by³ oznaczany tak¿e alfa

emiter 239+240 Pu. Najbardziej interesuj¹ce pod

wzglêdem zwiêkszonej zawartoœci radionukli-

dów, okaza³y siê dolinki lub niecki po³o¿one

powy¿ej 1300 m npm np: Dolinka za Mni-

chem, niecka Czarnego Stawu nad Morskim

Okiem oraz okolice Smreczyñskiego Stawu

(K UBICA i wspó³aut. 2001a, b).

Nasze badania koncentrowa³y siê w pierw-

szym rzêdzie na ustaleniu przestrzennego

rozk³adu pierwiastków promieniotwórczych

na terenie Tatrzañskiego Parku. Prace te mog¹

byæ wykorzystywane w praktycznych dzia³a-

niach na rzecz ochrony dziedzictwa przyrodni-

czego polskich Tatr.

Pilota¿owe badania zawartoœci 137 Cs, 239+240 Pu i 40 K w próbkach gleby z TPN

409

METODY POMIAROWE

Wykonano pomiary przestrzennego

rozk³adu ska¿enia radioizotopami 137 Cs,

239+240 Pu, 238 Pu i naturalnym 40 K w próbkach

gleby pobranej z obszarów dwóch walnych do-

lin na terenie Tatrzañskiego Parku Narodowe-

go. Poboru próbek dokonano w sierpniu i paŸ-

dzierniku 2000 i 2001 roku. Pod uwagê wziêto

dwie skrajnie po³o¿one doliny, najbardziej na

wschód wysuniêt¹ Dolinê Rybiego Potoku

(zbudowan¹ ze ska³ krystalicznych (granito-

idów) i Dolinê Koœcielisk¹ (zbudowan¹ ze ska³

metamorficznych (gnejsy i ³upki metamorficz-

ne) i osadowych (wapienie, dolomity i pia-

skowce). Próbki by³y pobierane w ró¿nych re-

gionach wymienionych dolin z uwzglêdnie-

niem profilu wysokoœciowego. Miejsca poboru

próbek zosta³y zaznaczone na mapie Tatr

(Ryc.1).

Poboru próbek dokonywano za pomoc¹

specjalnych cylindrycznych próbników, po-

zwalaj¹cych na uzyskanie rdzeni glebowych o

œrednicy i wysokoœci 10 cm. Nastêpnie, rdzenie

glebowe by³y ciête na trzy plastry o wysokoœci

oko³o 3 cm, co pozwala³o na oznaczanie bada-

nych radioizotopów na ró¿nych g³êbokoœciach

[od 0–3 cm (a), nastêpnie 3–6 cm (b) i 6–10 cm

(c)]. Na tej podstawie mo¿na by³o okreœliæ

rozk³ad badanych radioizotopów w poszcze-

gólnych warstwach gleby. Przed przygotowy-

waniem próbek do analizy gammaspektrome-

trycznej usuniêto makroszcz¹tki roœlinne, su-

szono materia³ w temperaturze 105 0 C i prze-

siewano przez sita mechaniczne o œrednicy

oczek 1 mm. Do pomiarów alfaspektrome-

trycznych próbki by³y mineralizowane i pod-

dawane procedurze chemicznej w celu otrzy-

mania cienkiej tarczy pomiarowej (Ryc. 2).

Wyniki zawartoœci 137 Cs, 40 Ki 239+240 Pu dla

regionu Doliny Rybiego Potoku i dla regionu

Doliny Koœcieliskiej wyra¿ano w Bq kg -1 suchej

masy lub w przeliczeniu na jednostkê po-

wierzchni.

Ryc. 1. Mapa gleb Tatrzañskiego Parku Narodowego (wed³ug S KIBY 1996) z uwzglêdnieniem miejsca

poboru próbek.

1 — litosole i regosole; 2 — gleby bielicowe i rankery; 3 — rêdziny inicjalne i butwinowe; 4 — rêdziny i pararêdziny;

5 — gleby brunatne kwaœne,gleby brunatne wy³ugowane, oglejone

410

B ARBARA K UBICA

Ryc. 2. Schemat metodyki pomiarowej

WYNIKI I DYSKUSJA

Korzystaj¹c z danych pomiarowych

sporz¹dzono wykresy zale¿noœci aktywnoœci

137 Cs i 239+240 Pu w jednostce masy od wysoko-

œci miejsca, z którego by³y pobierane próbki

dla regionu Doliny Rybiego Potoku (Ryc. 3A i

4A) i dla regionu Doliny Koœcieliskiej (Ryc. 3B i

4B).

Pomimo stosunkowo niewielkich obsza-

rów zajmowanych przez wymienione doliny

(ka¿da z nich posiada oko³o 10-12 km d³ugoœci

i oko³o 2-4 km szerokoœci) stê¿enie cezu i plu-

tonu by³o bardzo zró¿nicowane od 1927 Bq

kg -1 w Dolince za Mnichem do 161 Bq kg -1 na

polanie Palenica Bia³czañska w obszarze Doli-

ny Rybiego Potoku i od 1294 Bq kg -1 na Hali

Piec do 149Bq kg -1 na Hali Pisanej w rejonie

Doliny Koœcieliskiej (Rys. 3A i B). Zmiany kon-

centracji plutonu w obu dolinach przedsta-

wia³y siê podobnie jak w przypadku cezu —

maksymalne stê¿enia plutonu zaobserwowano

w próbkach pobranych z Dolinki za Mnichem,

podczas gdy na polanie Palenica Bia³czañska

stê¿enie plutonu by³o prawie czterdziestokrot-

nie mniejsze. W Tatrach Zachodnich zawartoœæ

plutonu oznaczona by³a w niewielkiej iloœci

próbek i w zwi¹zku z tym trudno jest

wyci¹gn¹æ wiarygodne wnioski o jakiejkol-

wiek zale¿noœci od miejsca poboru próbek, jak

i profilu glebowego (Ryc. 4A i B). Zawartoœæ

cezu i plutonu w próbkach gleby pobranych na

obszarze TPN wzrasta z wysokoœci¹ miejsca po-

boru i jest zale¿na od rzeŸby terenu. Znakomita

iloœæ 137 Cs i 239+240 Pu znajduje siê w pierwszych

dwóch poziomych powierzchniach glebo-

wych (do 6–7 cm g³êbokoœci) (Ryc.3i4).W

przypadku obu dolin najwiêksze stê¿enie cezu

i plutonu zaobserwowano w niewielkich, bez-

odp³ywowych, nieckowatych formach polo-

dowcowych zawieszonych powy¿ej 1200 m

npm, np.: Dolinka za Mnichem, Dolina Czarne-

go Stawu pod Rysami w rejonie Doliny Rybiego

Potoku czy w Tatrach Zachodnich charaktery-

zuj¹cych licznymi zawieszonymi nieckami z

ostañcowymi formami skalnymi, np. przy

Ryc. 3. Stê¿enie cezu-137 w trzech warstwach gleby (a,bic)pobranej z regionu (A) Doliny Rybiego

Potoku i (B) Doliny Koœcieliskiej w zale¿noœci od wysokoœci miejsca poboru.

Pilota¿owe badania zawartoœci 137 Cs, 239+240 Pu i 40 K w próbkach gleby z TPN

411

Ryc. 4. Aktywnoœæ 239+240 Pu w trzech warstwach

gleby (a,bic)pobranej z regionu (A) Doliny Ry-

biego Potoku i (B) Doliny Koœcieliskiej w zale-

¿noœci od wysokoœci miejsca poboru próbek.

ekspozycji wietrznej i wysokoœci wzglêdnej

grzbietów. Liczba dni z pokryw¹ œnie¿n¹ wyno-

si od oko³o 100 u podnó¿a do oko³o 290 w naj-

wy¿szych partiach gór. Sumy rocznych opa-

dów rosn¹ od przedpola ku szczytom Tatr

(M IREK 1996). Zwiêkszon¹ koncentracjê cezu i

plutonu w wierzchniej warstwie na dnie wyso-

ko zawieszonych dolin, niecek czy wyp³asz-

czeñ mo¿na te¿ t³umaczyæ sp³ukiwaniem mate-

ria³u glebowego z partii szczytowych. Daje siê

to zaobserwowaæ w Dolinie Rybiego Potoku.

W próbce gleby pobranej z Prze³êczy Szpigla-

sowej (2172 m npm) stê¿enie radionuklidu ce-

zu-137 jest rzêdu 398 Bq kg -1 , podczas gdy na

dnie Doliny za Mnichem (1900 m npm) stê¿e-

nie to wynosi 1927 Bq kg -1 , zaœ przy Morskim

Oku (1393 m npm) koncentracja cezu jest rzê-

du 591,1 Bq kg -1 . Przy zmianie wysokoœci o 272

m stê¿enie cezu spada prawie piêciokrotnie

(bardzo strome stoki) zaœ przy zmianie wyso-

koœci o 507 m koncentracja spada trzykrotnie

(bardziej ³agodne stoki). Zmiana koncentracji

plutonu 239+240 przy przejœciu wysokoœci z

1900 m npm (17,03 Bq kg -1 ) do 1393 m npm

(3,332 Bq kg -1 ) jest piêciokrotna (Ryc. 3A i 4A).

Zbadano tak¿e zale¿noœæ pomiêdzy obecnoœci¹

radionuklidu cezu a procentowa zawartoœci¹

materia³u organicznego w glebie. Nie zaobser-

wowano ¿adnej korelacji pomiêdzy tymi wiel-

koœciami. Przeprowadzono badania w celu

okreœlenia zawartoœci naturalnego 40 K w prób-

kach gleby pobranej z Doliny Rybiego Potoku

(Ryc. 5A) i z Doliny Koœcieliskiej (Ryc. 5B).

Potas jest g³ównie zwi¹zany z czêœciami nie-

organicznymi gleby. Aktywnoœæ 40 K jest

wprost proporcjonalna do ca³kowitej zawarto-

œci potasu w glebie; 1g potasu zawiera zawsze

31,7Bq K. Zró¿nicowanie aktywnoœci tego ra-

dionuklidu praktycznie nie jest zwi¹zane z wy-

sokoœci¹ miejsca poboru próbki (Ryc. 5A i B).

Stê¿enie potasu jest porównywalne ze stê¿e-

niem tego pierwiastka wyznaczonego dla Po-

górza Karpackiego. Maksymalne stê¿enie 40 K

obserwuje siê w trzecim profilu glebowym,

czyli na g³êbokoœci 7–10 cm. Najprawdopo-

dobniej, zawartoœæ potasu w powy¿szych prób-

kach ma zwi¹zek z typem gleby na terenie

TPN-u. Gleby tatrzañskie wykazuj¹ œcis³y

zwi¹zek z górsk¹ rzeŸb¹, pod³o¿em geologicz-

nym, warunkami klimatyczno-roœlinnymi, a

czasami tak¿e z gospodarcz¹ dzia³alnoœci¹

cz³owieka.

Smreczyñskim Stawie czy na wyp³aszczeniu

Hali Piec.

Zró¿nicowana aktywnoœæ 137 Cs i 239+240 Pu

w przeliczeniu na jednostkê powierzchni kore-

spondowa³a ze zró¿nicowaniem obserwowa-

nym dla stê¿enia tych radionuklidów wyra-

¿onych na jednostkê masy.

Przedstawione wartoœci aktywnoœci ce-

zu-137 w tych rejonach przekraczaj¹ wartoœci

podane przez S TRZELECKIIEGO i wspó³aut.

(1993) liczone dla progu Pogórza Karpackie-

go.

Tatry le¿¹ w strefie przejœciowej miêdzy kli-

matem morskim, a kontynentalnym, z czego

wynika du¿a zmiennoœæ pogody na tym ob-

szarze. Do charakterystycznych cech klimatu

tatrzañskiego nale¿¹: czêste i gwa³towne spad-

ki ciœnienia, czêste inwersje temperatur,

wzrost wilgotnoœci wzglêdnej oraz zachmurze-

nia w lecie i spadek w zimie. Wielkoœæ opadów

(przeciêtnie wynosi 1600 mm) zale¿y od wyso-

koœci nad poziomem morza, kierunku dolin,

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: