Na niespotykane wcześniej anomalie izotopowe, mogące mieć związek z takimi katastrofami, jak upadek sondy kosmicznej Mars-96, natrafili podczas badań naukowcy z Instytutu Fizyki Jądrowej PAN w Krakowie. Przedmiotem ich analiz były próbki kriokonitu – osadu gromadzącego się na lodowcach – zebrane w dziewięciu regionach świata, w tym z Arktyki, Alp, Himalajów i Antarktydy.
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 PAN w Krakowie, we współpracy z naukowcami m.in. Akademii Górniczo-Hutniczej i Uniwersytetu im. Adama Mickiewicza w Poznaniu (a także z Włoch, Japonii, Wielkiej Brytanii, kanady), 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.
Są to pierwsze na tak szeroką skalę analizy zawartości plutonu w próbkach kriokonitu – podkreśla dr hab. inż. Edyta Łokas z IFJ PAN raz 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 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.
źródło: IFJ PAN
