MONITORING RADIACYJNY PRZESTRZENI POWIETRZNEJ Program Poboru Prób W ysokościowych (PPPW), wykonywany przez

CLOR przy współpracy Instytutu Technicznego Wojsk Lotniczych oraz In­ stytutu Lotnictwa, wykorzystuje samoloty myśliwskie typu M IG do zbierania aerozoli z wysokości 1, 3, 6, 9, 12 i 15 km. W wypadku wybuchów jądrowych, za pomocą PPPW m ożna wykrywać radioaktywne chmury nadpływające na terytorium Polski znacznie wcześniej niż urządzeniami naziemnymi. Zależnie od odległości miejsca wybuchu, różnica ta m oże wynosić od kilku godzin do kilku tygodni. W wypadku awarii czarnobylskiej analiza pionowego rozkładu stężeń radionuklidów w troposferze i stratosferze umożliwiała prognozowanie rozwoju sytuacji skażeń w Polsce i Europie.

PPPW wchodzi w skład polskiej Służby Pomiarów Skażeń Promienio­ twórczych (SPSP) i ma na celu przede wszystkim nadzór radiacyjny przestrzeni powietrznej państwa. Program ten, realizowany systematycznie od 1973 r., przynosi również informacje naukowe o zachowaniu się radionuklidów i aero­ zoli nieradioaktywnych w troposferze i dolnej stratosferze. SPSP została zor­ ganizowana najpierw z myślą o ochronie ludności przed skutkami ataku

jąd-Tabela 5. Strumienie radionuklidów do atmosfery ziemi ze źródeł naturalnych i sztucznych (Ci/rok) [16]

Naturalne Broń jądrowa* ^Energetyka

jądrowa ^{Spalanie węgla}

Czarnobyl

(10

14C

_14c

14c

226Ra 6,6 E3 2 3 9 p u 5 E3 ^238U 3

235u

238u

235u

137Cs < G.W.

238u

* Wybuchy i produkcja — średnio w latach 1945-1980; G.W. — granica wykrywalności. ** Niniejsza praca.

rowego, a następnie dopasowano ją do działania również w wypadku wielkich awarii jądrowych. Podczas katastrofy czarnobylskiej w 1986 r. SPSP zdała bardzo dobrze najtrudniejszy jak dotąd egzamin. Jedna z jej placówek, zlokali­ zowana w stacji Instytutu M eteorologii w Mikołajkach, wykryła, jako pierwsza

poza granicami byłego ZSRR, radioaktywną chmurę z Czarnobyla (28 kwietnia 1986 ok. godziny 7). Spowodowało to wczesne (o godzinie 10) uruchomienie alarmowego trybu pracy SPSP, a następnie rozpoczęcie przez rząd działań ochronnych. W Polsce ochrona ludności przed skutkami awarii czamobylskiej przeprowadzona została najszybciej i na największą skalę w Europie, poza ZSRR

Ok. godziny 11 28 kwietnia, a więc po czterech godzinach od wykrycia podwyższonej radiacji, zgromadzono na filtrach powietrznych naziemnej stacji ASS-500 w CLOR dostateczną aktywność dla gamma-spektrograficznej anali­ zy skażenia. Wykazała ona, że pył radioaktywny pochodzi nie z wybuchu jądrowego, lecz że jego źródłem jest paliwo reaktorowe.

Obecnie na terenie Polski pracuje dziesięć stacji ASS-500, a 30 wyekspor­ towano do Niemiec, Francji, Szwajcarii, Austrii, Tajlandii, na Białoruś, Ukrainę i atol Mururoa. Ich konstrukcję, umożliwiającą szybki pobór aerozoli z dużych objętości powietrza, rozwinięto w CLOR, początkowo na potrzeby PPPW. W czasie awarii czamobylskiej program ten uruchomiono 29 kwietnia i kon­ tynuowano, początkowo codziennie, a potem z mniejszą częstotliwością. Okaza­ ło się wtedy, że radionuklidy z płonącego reaktora w Czarnobylu już w pierw­ szych dniach po awarii przedostały się do powietrza stratosferycznego (rys. 8).

kwiecień maj

Rys. 8. Zmiany stężeń cezu-134, 137 w troposferze i stratosferze nad Polską po wypadku w Czarno­ bylu (stężenie w mBq/m3 STP; dni w kwietniu i maju 1986)

Umożliwiło to odległy transport skażeń czarnobylskich, które ogarnęły całą Ziemię. Transport radioaktywnych pyłów w troposferze, z półkuli północ­ nej na południową poprzez równik, hamowany jest w tropikach przez konwer­ gencję prądów powietrznych na niskich wysokościach oraz przez wymywanie pyłów ulewami tropikalnymi. Mechanizmy te nie występują w stratosferze. Dzięki temu radioaktywny cez z Czarnobyla osiągnął Biegun Południowy la­ tem 1987 r., a w styczniu 1987 r. dotarł do dwóch francuskich stacji monitorin­ gu na półkuli południowej, na wyspach Tahiti i Reunion [20].

Pomiędzy 30 kwietnia i 8 maja 1986 r. zawartość radioaktywnego cezu w powietrzu stratosferycznym na wysokości 12 i 15 km wynosiła ok. 0,5% jego zawartości w dolnej warstwie powietrza do wysokości 3 km. Przyczyną tego wzniosu pyłów nie były ani lokalne perturbacje w atmosferze, wywołane ener­ gią wyzwoloną w czasie wybuchu i pożaru reaktora, ani pionowy transport m asy powietrznej związany z chmurami burzowymi. W owym czasie w rejonie Czarnobyla ustaliła się pogoda charakteryzująca się bezchmurnym niebem, podwyższoną temperaturą powietrza, niską wilgotnością i stabilną stratyfika­ cją. Wydaje się, że radioaktywne pyły zostały wyniesione do stratosfery przez pionow y transport mas powietrza, który w tym okresie był w większości skie­ rowany ku górze [20].

W następnych latach w powietrzu stratosferycznym utrzymywało się nie­ m al stale stosunkowo wysokie stężenie radiocezu. Wyrażone w jednostkach stężeń STP (tj. przeliczonych na standardową temperaturę i ciśnienie przy po­ wierzchni Ziemi), stężenia te są wielokrotnie wyższe niż w powietrzu przyziem­ nym (rys. 9). Przy uwzględnieniu rzeczywistego ciśnienia i temperatury stężenie radiocezu w stratosferze jest obecnie zbliżone do jego stężeń przy powierzchni Ziemi. Ponieważ średni czas przebywania aerozoli w dolnej stratosferze wynosi 3 -2 4 miesiące [12], wysoka zawartość radiocezu w powietrzu stratosferycznym w latach 1989-1997 nie może być pozostałością po początkowej iniekcji z pło­ nącego reaktora w Czarnobylu ani po dawnych wybuchach jądrowych. Źród­ łem tego cezu jest prawdopodobnie stała resuspensja radionuklidów z powierz­ chni Ziemi do powietrza w silnie skażonych rejonach byłego ZSRR. Podobne stężenia radiocezu w stratosferze i w powietrzu przyziemnym wskazują na stały intensywny transport pyłów z powierzchni Ziemi do stratosfery. M a to poważ­ n e konsekwencje dla oceny skutków skażeń powietrza działalnością człowieka, m .in. przez emisję freonów.

Przyjmując, że tylko 0,5% pyłów zawierających chlorowce i zawieszonych w przyziemnej warstwie powietrza unosi się do stratosfery, możemy obliczyć, że naturalny strumień tych pyłów przekracza 8 milionów ton rocznie. Z całkowi­ tej emisji freonów CFC-11, CFC-12, CFC-13 i CFC-22, wynoszącej 1,1 miliona to n , do stratosfery dociera ok. 6000 ton, tj. drobny ułamek naturalnej emisji zw iązków chlorowcowych (tab. 6). Frakcja pyłów docierających do stratosfery z warstwy przyziemnej jest prawdopodobnie wielokrotnie większa niż przyjęta

w tej ocenie, ale nie wpływa to znacząco na wynikający z niej wniosek, że antropogeniczny strumień chlorowców do stratosfery stanowi znikomą część strumienia naturalnego.

Tabela 6. Strumienie związków chlorowcowych do stratosfery (miliony ton/rok) [21]

Substancje (wielkość źródła w tonach)

Strumień do powietrza przyziemnego Strumień do stratosfery NATURALNE Węglowodory lądowe 1000 5

Chlor ze spalania biomasy 8,4 0,04

Chlor soli morskiej 600 3

Węglowodory morskie (1,4 tryliona) ?

~400 chlorowcowych związków organicznych ? ?

Biomoform 0,19 0,0009

Chlorek metylu ₂₈ 0,14

NATURALNE ŁĄCZNIE > 1,636 >8,18

ANTROPOGENICZNE

Freony _1,1 0,006