Výzkumná plavba v západním Pacifiku

11. března 2011 došlo v Tichém oceánu 130 kilometrů východně od pobřeží Japonska k zemětřesení. Zemětřesením vyvolané vlny cunami poškodily chladicí systém v jaderné elektrárně Fukushima Daiichi. V důsledku přehřátí došlo k explozi, která uvolnila do atmosféry radioaktivní prvky. Další kontaminaci do okolí elektrárny zanesla voda použitá k chlazení reaktorů a bazénů s použitým palivem. Jak se projevila kontaminace ve vodách Pacifiku?

Soukromá nezávislá a nezisková výzkumná instituce Woods Hole Oceanographic Institution (WHOI, Massachusetts, USA) získala v souvislosti s touto událostí finanční podporu od nadace Gorgona a Betty Moore na uskutečnění mezinárodního multidisciplinárního projektu zabývajícího se stanovením úrovní radioaktivní kontaminace v Tichém oceánu.

Projekt

Účelem projektu bylo zjistit druhy, množství a způsoby šíření uvolněných radionuklidů, jejich případný vliv na život v moři a možné nebezpečí pro zdraví lidí. Stěžejní částí projektu byla výzkumná plavba západní částí Tichého oceánu východně od pobřeží Japonska, které jsem měla to štěstí se zúčastnit. Výzkumnou loď Kaimikai‑O‑Kanaloa (Nebeský průzkumník moře) poskytla University of Hawaii.

Vypluli jsme 4. června z přístavu Jokohama. Za dva dny jsme dopluli do vzdálenosti 200 kilometrů od pobřeží Japonska a poté se vraceli zpět podél a přes proud Kuroshio. Plavba trvala celkem 15 dní a nejblíže k Fukushimě jsme se dostali na vzdálenost 30 kilometrů.

Mezinárodní posádka

Na palubě bylo 17 vědců, osm zástupců WHOI, po dvou zástupcích z University of Tokyo a State University of New York at Stony Brook a po jednom zástupci z University of Hawaii (já), University of California Santa Cruz, Scripps Institution of Oceanography, Oregon State University a University Barcelona Autonoma. Úkolem týmu vedeného Kenem Buesselerem z katedry mořské chemie a geochemie WHOI bylo měření fyzikálních vlastností mořské vody a mořských proudů a odběr vzorků vody a mořské flóry a fauny z 32 odběrových stanic na trase lodi. Odebrané vzorky směřovaly k analýze i do dalších institucí v Americe a Evropě, včetně laboratoří Mezinárodní agentury pro atomovou energii (IAEA).

Vědecké vybavení

Pro měření fyzikálních vlastností mořské vody a mořských proudů byla loď vybavena plováky pro sledování směru a rychlosti pohybu vodních mas, akustickým Dopplerovým měřičem rychlostního profilu vodního sloupce a čidly pro měření vodivosti, teploty a hloubky. K odběru mořské vody sloužila „rozeta“ tvořená 24 Niskinovými láhvemi o objemu 12 litrů, které se na pokyn z palubního řídicího ovladače uzavírají v různých hloubkách oceánu. K odběru planktonu byly používány sítě označované podle svého tvaru Bongo a k chytání vybraných druhů ryb vlečné sítě s čtvercovým rámem.

Měření radiace a jeho výsledky

O měření radioaktivity se staral dozimetrista, který minimálně jednou denně procházel loď a měřil dávkové příkony ve společných prostorách. Zjištěné hodnoty se pohybovaly v rozmezí 0,02‑0,10 μSv/h (pro porovnání: ve střední Evropě je přírodní pozadí asi 0,4 μSv/h). Z nejvíce exponovaných míst (zábradlí, kliky) prováděl stěry filtračním papírem, které následně po dobu 60 minut měřil Geiger‑Müllerovým počítačem. Žádná povrchová kontaminace na lodi nebyla zaznamenána. Celková radiační dávka obdržená během pobytu na lodi byla stanovena dvěma elektronickými osobními dozimetry s křemíkovými detektory, jedním umístěným v podpalubní laboratoři a druhým na opasku dozimetristy. Podle těchto měření obdržel pracovník za dobu pobytu na výzkumné plavbě průměrně celkovou dávku 10 μSv (pro porovnání: ve střední Evropě za 15 dní obdržíme z přírodního pozadí asi 140 μSv).

Starala jsem se o izotopy cesia

Přímo na lodi probíhalo stanovení radioaktivních izotopů cesia, které bylo i náplní mojí práce, a přírodních izotopů radia s krátkým poločasem přeměny. Radium z mořské vody se zachycovalo na filtrech z akrylových vláken potažených oxidem manganičitým a měřilo v zařízení RaDeCC (delayed coincidence counting system). V něm se radon vznikající přeměnou radia zachyceného na filtrech přivádí proudem helia do komůrky s vnitřními stěnami potaženými stříbrem aktivovaným sulfidem zinečnatým. Po zaznamenání alfa částice z přeměny radonu na polonium se spustí zpožděný koincidenční okruh, který musí do určité doby (tři poločasy přeměny dceřiného polonia) zaznamenat další částici, aby byl signál vyhodnocen jako přítomnost určitého izotopu radia. Výskyt krátkodobých izotopů radia ²²³Ra (poločas přeměny 11,1 dní) a ²²⁴Ra (poločas přeměny 3,6 dní) v mořské vodě znamená jejich trvalý přísun z pevniny a tedy možnost kontaminace oceánu z povrchových a podzemních vod.

Cesium z okyselené mořské vody bylo zkoncentrováno na koloně s kompozitním sorbentem AMP‑PAN. Sorbent obsahuje jako aktivní složku amonnou sůl kyseliny trihydrogenfosforečnano‑dodekamolybdenové (AMP) upravenou do granulí pomocí pojícího polymeru, jehož základem je polyakrylonitril (PAN). Po zkoncentrování byl v sorbentu gama spektrometrií stanoven obsah radioaktivních izotopů cesia ¹³⁷Cs (poločas přeměny 30 roků) a ¹³⁴Cs (poločas přeměny 2 roky). Toto stanovení přímo na palubě lodi mělo především orientační a bezpečnostní charakter a poskytlo údaje o relativním rozložení kontaminace ve zkoumané oblasti. Přesně byl sorbent s cesiem přeměřen až na pevnině v laboratořích WHOI.

Výsledky

Nejvyšší obsah radioaktivního cesia byl zjištěn v oblastech blízko pobřeží, i když ne ve stanicích nejblíže Fukushimě. Nejvyšší aktivita, 3 900 Bq·m^‑3, se nacházela v oblasti semipermanentního víru, jehož střed je umístěn na 37°s.š. a 142,5°v.d. Aktivity kolem 300 Bq·m^‑3 byly zjištěny i na východní hranici zkoumané oblasti. Poměr aktivit ¹³⁷Cs:¹³⁴Cs byl blízký jedné, což potvrzuje původ z úniků z jaderné elektrárny. V oblasti pod mořským proudem Kuroshio byly hodnoty objemové aktivity ¹³⁴Cs pod hranicí detekovatelnosti a ¹³⁷Cs na úrovni hodnot před havárií, 1‑2 Bq·m^‑3 (pozůstatek kontaminace z období testování jaderných zbraní v 60. letech 20. století a v menší míře z havárie v jaderné elektrárně Černobyl), což naznačuje, že proud Kuroshio tvoří bariéru průniku kontaminace na jih.

Zjištěné hodnoty ukazují na významné zředění unikající aktivity již ve stanicích nejblíže Fukushimě. Hodnoty v místech úniků v elektrárně byly v červnu průměrně 33 000 Bq·m^‑3. V důsledku mísení poklesly všechny hodnoty objemových aktivit naměřené v námi zkoumané oblasti podstatně pod japonské regulační limity pro oceán (90 000 Bq·m^‑3) a ve stanicích vzdálených 30 km od Fukushimy se pohybovaly v rozmezí 600‑800 Bq·m^‑3.Tyto hodnoty byly též pod úrovní aktivity nejrozšířenějšího přírodního radionuklidu v oceánu – draslíku ⁴⁰K (~12 000 Bq·m^‑3).

Odebrané vzorky mořské vody, flóry a fauny byly dále analyzovány v laboratořích celého světa. Byly zjišťovány obsahy mnoha radionuklidů (izotopů cesia, stroncia, jodu, ruthenia, promethia, plutonia, radia, uranu a dalších) v mořské vodě a jejich akumulace v mořských řasách, korýších a vybraných druzích malých mořských ryb. Společně s hodnotami fyzikálních veličin popisujících vlastnosti mořské vody a mořských proudů poskytnou vstupní údaje pro vývoj modelů popisujících způsob a cesty šíření a odstraňování kontaminantů v prostředí oceánu.

Za svou účast na výzkumné plavbě děkuji Henrietě Dulaiové z University of Hawaii a panu docentu Ferdinandu Šebestovi z Katedry jaderné chemie Fakulty jaderné a fyzikálně inženýrské ČVUT.

Weby:

http://www.whoi.edu
http://www.moore.org
http://www.soest.hawaii.edu/UMC/RVKOK.htm
http://ie.lbl.gov/education/isotopes.htm
http://www.pnas.org/cgi/doi/10.1073/pnas.1120794109

Literatura:

Waska H., et al., J. Environ. Radioactiv., 99 (2008) 1859.
Šebesta F., Rádioaktivita a životné prostredie, 12 (1989) 181.
Buesseler K.O., et al., PNAS, 109 (2012) 5984.