Stefan Skiba, Wojciech Szym ański Received: 24.06.2008 Instytut Geografii i G ospodarki Przestrzennej UJ Reviewed: 3.07.2008 ul. G ronostajow a 7; 30-387 Kraków
Barbara Kubica
Instytut Fizyki Jądrowej PAN
ul. Radzikowskiego152; 31-342 Kraków Ryszard Prędki
Bieszczadzki Park N arodow y ul. Bełska 7; 3 8-700 U strzyki Dolne
ZAWARTOŚĆ y-R A D IO N U K L ID Ó W 137Cs I 40K W GLEBACH BIESZCZADZKIEGO PARKU
NA R O D O W EG O
Content of the y-radionuclides of 137Cs and 40K in the soils of Bieszczady National Park
Abstract: The presented results concern the soils of the Bieszczady National Park in the area Rozsypaniec - Halicz - Krzemień - Tarnica. The results show a considerably small contam ination of the researched soils with radionuclides. Bigger amounts of those elements can be found in the surface horizons of the soils studied and they are a result of the organic m atter content in those horizons. The evaluation of those elements m ust be based on the bulk density analysis of the soil.
Key words: radionuclides, soils, Bieszczady Mts.
Wprowadzenie
Środowisko przyrodnicze ulega zanieczyszczeniom chem icznym , w tym ta k że pierw iastkam i prom ieniotw órczym i. N iektóre z tych pierw iastków znajdują się w środow isku Ziem i od m o m en tu jej tw orzenia i część z nich pozostaje do chwili obecnej. Stanowią one grupę naturalnych izotopów prom ieniotw órczych istnieją
cych i tolerow anych w środow isku, np. 40K.
W skorupie ziemskiej znajduje się 60 naturalnych radionuklidów , a d o d at
kowych kilkanaście jest w ytw orzonych przez prom ieniow anie kosm iczne (H ry n kiewicz 1993). O prócz tego ty pu radioizotopów , środow isko przyrodnicze m oże ulegać skażeniom pierw iastkam i prom ieniotw órczym i, pow stającym i w skutek
302
R O CZN IKI BIESZCZADZKIE 16 (2008) działalności człowieka. G łów nym źródłem ich obecności są w ybuchy jądrow e prow adzone w atm osferze, katastrofy reaktorów, przeróbka i składow anie paliwa jądrow ego. W ażnym problem em w aspekcie funkcjonow ania i ochrony środow iska są sztuczne radioizotopy w yprodukow ane przez człowieka, np. 137Cs, 134Cs, 90Sr, 239+240 P u lub 241 Am.
W w yniku b ad ań jądrow ych prow adzonych w latach sześćdziesiątych ubie
głego stulecia a szczególnie po awarii elektrow ni jądrow ej w C zarnobylu (1986 r.) tereny położone w Europie środkowej i w schodniej zostały skażone alfa, beta i gam m a radioizotopam i.
W w yniku w ybuchu a następnie p o żaru reaktora jądrow ego w C zarnobylu do atm osfery przedostało się kilkadziesiąt izotopów prom ieniotw órczych o łącznej aktyw ności 1019 Bq. Po katastrofie czarnobylskiej rozróżnia się dw a rodzaje składu izotopow ego skażeń prom ieniotw órczych: 1/ opad typ u paliwowego; 2/ opad typu kondensacyjnego (K rasnov 1998).
Typ paliw ow y charakteryzuje się obecnością izotopów prom ieniotw órczych trudnotopliw ych, nielotnych pierwiastków, takich jak pluto n i in ne transuranow - ce oraz cer, europ, niob, cyrkon, ru ten i stront. Skład ten zw iązany jest z obec
nością znacznych ilości fragm entów paliw a jądrow ego, tzw. „gorących cząstek typ u paliwowego” (B roda 1989; B roda i in. 1989). W opadzie kondensacyjnym , obserw ow anym n a znacznych obszarach Polski dom inującym „długo życiowym izotopem ” jest 137Cs.
W Pracow ni C hem ii i R adiochem ii In sty tu tu Fizyki Jądrowej PAN w K rako
wie prow adzone są b adania określające stężenie gam m a radionuklidów sztuczne
go izotopu 137Cs i naturalnego 40K w glebach obszarów górskich Tatr i C zarnohory (Kubica i in. 2002; 2005; Skiba i in. 2005 a; 2005 b).
W prezentow anej pracy przedstaw iono rezultaty (wyniki) takich b ad ań dla połoninow ej części tzw. gniazda Tarnicy (Rozsypaniec, Halicz, Kopa Bukowska, K rzem ień, Szeroki W ierch, Tarnica) w Bieszczadzkim P arku N arodow ym .
Materiał i metodyka
B adania stężenia gam m a em iterów cezu i p otasu prow adzono w próbkach glebowych pobranych ze stropow ych poziom ów gleb powyżej górnej granicy lasu, w obszarze p o ło n in tzw. „gniazda Tarnicy” (Rozsypaniec, Halicz, Kopa Bukow
ska, K rzem ień, Szeroki W ierch, Tarnica) (Ryc. 1). Poziom y stropow e tych gleb zbudow ane są z m aterii organicznej w różnym stadium hum ifikacji (poziom y O fh), leżące bezpośrednio n a zw ietrzałych skała fliszowego pod łoża (gleby in i
cjalne - Lithic Leptosols), lub stanow iące poziom akum ulacyjny w glebach słabo ukształtow anych (rankery - Umbric Leptosols) i w glebach b ru n atn y ch (Dystric Cambisols).
Ryc. 1. Lokalizacja badanych próbek glebowych.
Fig. 1. Localization of investigated soil samples.
O znaczano odczyn gleby (p H H2O i p H KCL), zaw artość m aterii organicznej. Do b ad ań gam m a spektrom etrycznych próbki były p o d d an e typowej procedurze:
usuw ano m akroszczątki roślinne, suszono w tem peraturze 105oC i przesiew ano przez sita o średnicy oczek 1 m m . P om iary w ykonano przy użyciu sp ektrom etru prom ieniow ania gam m a zaopatrzonego w detektor germ anow y H PG e (pracują
cym z 10% w ydajnością) o zdolności rozdzielczej 1,9 keV dla linii 662 keV. Tor spektrom etrycznym produkcji firm y ORTEC z analizatorem 4096 kanałow ym został w ykalibrow any odpow iednim i w zorcam i z M iędzynarodow ej Agencji A to
mowej w W iedniu (IAFA-154). Analizę ilościow ą w szystkich w idm w ykonano k o rzystając z p rogram u do analizy w idm M aestro oraz p ro gram u Volum e służącego do przeliczania liczby zliczeń n a aktyw ność w yrażoną w Bq*kg-1.
Próbki analizow ano w reżim ie 72 godzinnym .
304
R O CZN IKI BIESZCZADZKIE 16 (2008)Wyniki
Uzyskane w yniki (Tab. 1, Ryc. 2, 3) pozw alają n a określenie stężenia b ad a
nych radionuklidów w badanych glebach. A nalizow ano głównie poziom y s tro pow e gleb w ystępujących n a p o ło n in ach opisywanego terenu. N iem al wszystkie badane gleby należą do utw orów inicjalnych i słabo ukształtow anych, i tw orzą one charakterystyczną strukturę pokryw y glebowej występującej powyżej górnej granicy lasu w Bieszczadach. N a w ychodniach skalnych w ystępują gleby inicjalne (Lithic Leptosols) n a połogich grzbietach w ystępują nieco głębsze ran k ery b ru n atn e (C am bic Leptosols), zaś n a plejstoceńskich pokryw ach gruzow ych (grecho- tach) wytworzyły się inicjalne gleby rum oszow e (Regosols).
Tabela 1. Zawartość 137Cs, 40K oraz gęstość badanych próbek glebowych.
Table 1. Content of the 137Cs, 40K and bulk density of investigated soil samples.
N r próbki Sample
No
137Cs [Bq/kg] suchej masy
137Cs [Bq/kg] o f dry mass
40K [Bq/kg] suchej masy
40K [Bq/kg] o f dry mass
Masa [g]
Mass [g]
Gęstość [g/cm3]
Density [g/cm3]
Rozsypaniec 49o03’22 N 22o46’06 E 1204m n.p.m.
Vaccinietum myrtilli gentianetosum asclepiadeae
1 236,1 221,3 57,4 0,52
Rozsypaniec 49o03’45 N 22o46’12 E 1261m n.p.m.
Vaccinietum myrtilli
2 356,3 40,1 38,0 0,34
Halicz 49o04’21 N 22o46’08 E 1323m n.p.m.
Vaccinietum myrtilli festucetosum airoidae
3 198,1 915,7 89,8 0,65
Stoki Halicza 49o04’43 N 22o45’59 E 1250m n.p.m.
Vaccinietum myrtilli
4 609,3 292,6 48,9 0,41
Krzemień 49o04’52 N 22o44’51 E 1250m n.p.m.
Empetro hermaphroditii-Vaccinietum m yrtilli
5 373,5 49,5 25,2 0,24
Krzemień 49o05’07 N 22o44’22 E 1314m n.p.m.
Empetro hermaphroditii-Vaccinietum myrtilli
6 500,1 0,0 31,7 0,23
Tarniczka 49o04’46 N 22o43’24 E 1293m n.p.m.
Vaccinietum myrtilli
7 180,1 844,7 89,0 0,63
Tarnica 49o04’37 N 22o43’30 E 1324m n.p.m.
Vaccinietum myrtilli
8 163,9 291,6 74,3 0,65
Ryc. 2. Zależność aktywności 137Cs od gęstości badanych próbek glebowych.
Fig. 2. C ontent of the 137Cs and bulk density of investigated soil samples.
Ryc. 3. Zależność aktywności 40K od gęstości badanych próbek glebowych.
Fig. 3 . C ontent of th e 40K and bulk density of investigated soil samples.
306
R O CZN IKI BIESZCZADZKIE 16 (2008) Profil glebowy w szystkich tych gleb rozpoczyna się ok. 5 cm w arstew ką organiczną typu m o r/m o d er, zawierającą p o n ad 20% m aterii organicznej słabo ro z ło żonej o odczynie kw aśnym (pH 4,0-5,0). Poniżej tego poziom u występuje słabo zw ietrzałe podłoże skalne (zazwyczaj piaskowce), lub g ru bo ok ruch ow a zw ietrze- lina skał fliszowych (Skiba i in. 1998).
W szystkie te gleby narażone są n a stokowe procesy denudacyjne, w spom aga
n e przez gospodarczą i turystyczną działalność człowieka (Prędki 2004) oraz n a skażenia chem iczne (Skiba i M ichalik 2000).
Z aw artość radionuklidów 137Cs i 40K w badanych poziom ach stropow ych jest niewielka, a ich ilość w badanych próbkach w aha się od 163,9 Bq/kg do 609,3 Bq/
kg. To zróżnicow anie pow iązane jest z ilością m aterii organicznej, a tym sam ym z gęstością analizow anego m ateriału. Zależności te przedstaw iono n a w ykresach (Ryc. 2, 3). Zależności te potw ierdzają rolę rozw iniętych m ożliwości sorpcyjnych i jonow ym iennych m aterii organicznej, w tym sorpcji radio n u k lid u cezu w p o zio m ach organicznych. Zaw artość naturalnego rad io nu klid u 40K w badanych p ró b kach jest rów nież niewielka, od 40,1 B q/kg do 915,7 Bq/kg. W iększe ilości n a tu ralnego radio n u k lid u potasu oznaczano w próbkach m ineralno-próchnicznych, zaś m niejsze ilości w próbkach organicznych. (Tab. 1, Ryc. 3).
Taki rozkład stężenia n aturalnego radio n u k lid u p o tasu w badanych próbkach w ynika z udziału m ineralnych części w poziom ie p róchnicznym gleby. Składniki m in eralne w swym składzie zawierają glinokrzem iany potasow e (skalenie), a to znajduje swój w yraz w prezentow anych wynikach.
Przedstaw ione w yniki potw ierdzają wcześniejsze konkluzje z p o dobnych b a dań w Tatrach i w C zarnohorze, gdzie nie stw ierdzono podw yższonych ilości ra dionuklidów 137Cs i 40K. Potw ierdzają rów nież praw idłow ości sorpcji ra d io n u k li
d u cezu w poziom ach organicznych. Im gęstość badanej próbki gleby wzrastała, ty m koncentracja cezu m alała (Ryc. 2), a w zrastała ilość n aturalnego radionuklidu p o tasu (Kubica i in. 2002; 2005; Skiba i in. 2005 a; 2005 b).
Wnioski
1. B adania zaw artości radionuklidów 137Cs i 40K w glebach p o ło n in Biesz
czadzkiego P arku N arodow ego wykazały niewielkie stężenie tych p ier
wiastków.
2. W zględnie podw yższone ilości radion uk lid ów w stropow ych poziom ach badanych gleb w ynikają z udziału m aterii organicznej o dużych zd o ln o ściach sorpcyjnych i jonow ym iennych.
3. O cena zaw artości tych pierw iastków w glebie p ow inn a być zawsze oparta n a gęstości objętościowej badanej próbki.
Literatura
Broda R. 1989. G am m a spetrography analysis o fh o t particles from the Chernobyl fallout. Acta Physica Polonica vol. B. 18,10: 935-950.
Broda R., Kubica B., Szeglowski Z.,Zuber K. 1989. A lpha Em itters in C hernobyl H ot Particles, Radiochem ia Acta 48: 89-96.
H rynkiew icz A.1993. D awki i działanie biologiczne prom ieniow ania jonizującego. Państwowa Agencja Atomistyki IFJ.
Krasnov W. P 1998. Radioekologia lisiw Polissja Ukrainy, Wyd. Wolyn - Zhytomyr, 112 ss.
Kubica B., Mietelski J.W., Gołaś J., Skiba S., Tomankiewicz E., Gaca P, Jasińska M., Tuleja-Krysa M.
2002. C oncentration o f 137Cs, 40K, 238Pu and 239+240Pu radionuclides and some heavy m etals in soil samples from two m ain valleys from th e Tatra N ational Park. Pol. J. o f Environm ental Stud., Vol. 11: 537-545.
Kubica B., Skiba M., Skiba S., Gołaś J., Kubica M., Stobiński M., Tuleja-Krysa M. 2005. Dislocation o f th e 137Cs, 40K radionuclides in the podzol profiles o f the Tatra M ountain soils (South Poland), Journal of Radioanalitycal and Nuclear Chemistry, Vol. 266, No 1: 3-9.
Prędki R. 2004. Le siuvi de la degradation des sols dans la zone des itineraires touristiques: lexemple du Parc N ational des Bieszczady, Prace Geogr. 113 : 61-72.
Skiba S., D rew nik M., Prędki R., Szmuc R. 1998. Gleby Bieszczadzkiego Parku Narodowego.
M onografie Bieszczadzkie 2, 88 ss. +mapa.
Skiba S., Kubica B., Skiba M. 2005 a. Z aw artość gam m a radionuklidów 137 Cs i 40K w glebach północno-zachodniej części Czarnohory, K arpaty wschodnie, Ukraina. Roczniki Bieszczadzkie
13: 325-332.
Skiba S., Kubica B., Skiba M., Stobiński M. 2005 b. C ontent o f the gam m a radionuclides o f the 137Cs, 40K in the soils o f Tatra Mts. (Poland) and C hernokhora Mts (Ukraine), Pol. J. Soil Sci. vol.
38(2): 119-126.
Skiba S., Michalik M. 2000. Heavy m etals in soils and sulphate minerals on rock surfaces as indicators o f pollution o f the environm ent (on the example o f the Bieszczady Mts, Eastern Carpathians).
Pol. Journ. o f Soil Sci. vol. 33(1): 57-66.
Summary
R adionuclides are a special kind of chem ical pollution. They were released to the atm osphere after the C hernobyl disaster (U kraine). In the Polish p a rt of the Eastern C arpathians (Bieszczady M ts.) research concerning 137Cs and 40K was carried ou t in the up p er soil h orizon in the area above the u p p er tim berline of H alicz - Tarnica - Rozsypaniec m o u n tain m eadow s (Fig.1). The results (Table 1, Fig. 2 -3 ) do n o t show considerable am o unts of these elem ents in the discussed soils. These results confirm only previous in form ation th a t in the W estern (Tatra M ts) and Eastern C arpathians (C hernokh ora) significant radionuclide pollution did n o t occur.
