Jump to content
Forum Kopalni Wiedzy
Sign in to follow this  
KopalniaWiedzy.pl

Polskie badania nad stężeniem radionuklidów w powietrzu polarnym dostarczają cennych informacji

Recommended Posts

Naukowcy z NCBJ i z Instytutu Geofizyki PAN opublikowali wyniki wieloletnich badań stężeń radionuklidów w regionie polarnym i w Polsce. Zebrane dane wzbogacają wiedzę o ruchu i mieszaniu się mas powietrza w skalach od regionalnej aż do globalnej, oraz o zapyleniu środowiska.

Praca, która zostanie opublikowana w grudniowym numerze czasopisma Journal of Environmental Radioactivity, przedstawia wyniki pomiarów koncentracji wybranych radionuklidów gamma-promieniotwórczych (7Be, 210Pb, 40K, 137Cs, 134Cs) występujących w aerozolach przyziemnej warstwy atmosfery. Koncentracja radionuklidów w tych badaniach była rejestrowana w latach 2002-2017 w dwóch stacjach: Polskiej Stacji Polarnej Instytutu Geofizyki PAN w Hornsundzie oraz w Obserwatorium Geofizycznym im. S. Kalinowskiego Instytutu Geofizyki PAN w Świdrze.

Od 2002 roku w Hornsundzie działa wysokowydajny układ poboru powietrza AZA-1000 przystosowany do pracy w niskich temperaturach. Polska stacja jest jedną z nielicznych urządzeń zlokalizowanych najbliżej bieguna północnego (77°00’N, 15°33’E). Sprawia to, że wpływ zanieczyszczeń powietrza wytwarzanych przez działalność człowieka jest w tym obszarze znacznie ograniczony. Stacja w Hornsundzie jest również jedyną stacją polarną, w której pomiary prowadzane są przez tak długi okres.

Dla porównania, druga stacja wykorzystana do badań to ASS-500, położona w regionie lasów otwockich (52°07’N, 21°15’E). Stacja ta funkcjonuje z małymi przerwami od 1991 roku, a w latach 2002-2009 była częścią ogólnopolskiej sieci monitoringu radiologicznego powietrza. Dzięki zlokalizowaniu w średniej szerokości geograficznej, wpływ człowieka na zanieczyszczenia powietrza jest dużo większy, co stwarza bardzo dobre warunki do porównywania m. in. zmienności zapylenia powietrza czy koncentracji radionuklidów.

Próbki przeznaczone do badań były zbierane w obu stacjach w ten sam sposób. Urządzenia wyposażone są w układ wymuszonego przepływu powietrza o wysokiej wydajności. Aerozole były zbierane na tzw. filtrach Petrianowa w tygodniowych odstępach, co dawało około 50000-100000 m3 przepompowanego powietrza. Następnie filtry były dostarczane do stanowiska pomiarowego, znajdującego się w NCBJ. Filtry pochodzące ze stacji w Hornsundzie były dostarczane co pół roku, co powodowało konieczność rekalibracji uzyskiwanych z nich danych. Po odpowiednim przygotowaniu filtrów (suszenie, ocena wagowa ilości aerozolu oraz sprasowanie do postaci dysku o średnicy 4,5 cm) trafiały one na około 22 godziny do stanowiska pomiarów spektrometrycznych wykorzystujących detektory germanowe. Uzyskiwano w ten sposób widma promieniowania gamma, na podstawie których wyznaczano stężenia radionuklidów.

Wybór badanych nuklidów nie był oczywiście przypadkowy. Ze względu na znajdujące się w laboratorium NCBJ spektrometry, skupiano się na radionuklidach gamma-promieniotwórczych. Dodatkowym kryterium ich wyboru było pochodzenie z różnych źródeł. W ten sposób wytypowano izotopy pochodzenia naturalnego (210Pb, 40K), jako produkty rozpadu pierwiastków wchodzących w skład litosfery, pochodzenia kosmicznego (7Be), wytwarzane jako skutek oddziaływania promieniowania kosmicznego z atmosferą oraz te będące wynikiem działalności człowieka (137Cs, 134Cs), m. in. jako produkty rozpadu w przemyśle jądrowym.

Wyniki badań jednoznacznie wskazały na różnice w koncentracji poszczególnych radionuklidów w ciągu roku. W przypadku 7Be, maksymalne stężenia były obserwowane w regionach polarnych w sezonie zimowym, podczas gdy w średnich szerokościach geograficznych maksimum przypadało na miesiące letnie. Powodem tych różnic są przede wszystkim wymiana mas powietrza w stratosferze i troposferze (STE), pionowe mieszanie się mas powietrza w troposferze (DT), transport poziomy (HT) oraz wychwytywanie cząstek pod wpływem opadów atmosferycznych (WS). Czynniki te powodują również wyższą średnią roczną zawartość 7Be w umiarkowanych szerokościach geograficznych względem obszarów polarnych. Dodatkowo zaobserwowano związek koncentracji tego nuklidu z 11-letnim cyklem aktywności słonecznej – jego stężenie maleje wraz ze wzrostem aktywności Słońca.

Ze względu na inne pochodzenie izotopu 210Pb, maksymalne stężenia w obu stacjach przypadały na miesiące zimowe. Jednocześnie wymienione w przypadku berylu zjawiska nie mają dużego wpływu na sezonowy rozkład 210Pb. Jest on jednak silnie związany z wielkością zapylenia, a jego stężenie maleje wraz ze wzrostem szerokości geograficznej.

Zgodnie z oczekiwaniami, zaobserwowano także stopniowy spadek zawartości 137Cs w czasie. Jest to związane z względnie krótkim czasem półrozpadu izotopu (około 30 lat). Dodatkowo, w 2011 roku obie stacje wykryły znaczne zwiększenie stężenia radioizotopów cezu, co było związane z katastrofą elektrowni jądrowej w Fukushimie.

Stężenie Cs-137 i Cs-134 w Świerku i Hornsundzie w 2011 roku. Widoczny jest wyraźny wzrost trwający około 9 tygodni, związany z incydentem w Fukushimie.

Zarówno izotopy 137Cs, 134Cs, jak i 40K nie wykazują związku stężenia z porami roku, jednak istnieje zależność ich koncentracji od wielkości zapylenia. Podobnie jak w przypadku izotopów ołowiu i berylu, obszar polarny charakteryzuje się mniejszym ich stężeniem w porównaniu ze średnimi szerokościami geograficznymi.

Jeszcze przed publikacją, badania naukowców NCBJ zostały docenione przez międzynarodowe środowisko naukowe. Dowodem tego jest uzyskana przez jednego z autorów, mgr. Michała Piotrowskiego, nagroda za najlepszą prezentację podczas International Conference on Radioecology and Environmental Radioactivity 2019 w Austrii.

Obie stacje pomiarowe działają do dnia dzisiejszego i wciąż zbierane są w nich próbki do dalszych badań długookresowych. Dodatkowo, pojawiają się pomysły rozszerzenia badań w tej tematyce, m. in. analizy radionuklidów alfa-promieniotwórczych zgromadzonych na filtrach czy też dołączenia do badań kolejnych stacji. 


« powrót do artykułu

Share this post


Link to post
Share on other sites

Create an account or sign in to comment

You need to be a member in order to leave a comment

Create an account

Sign up for a new account in our community. It's easy!

Register a new account

Sign in

Already have an account? Sign in here.

Sign In Now
Sign in to follow this  

  • Similar Content

    • By KopalniaWiedzy.pl
      Badacze z USA poinformowali na łamach PLOS ONE o wykryciu mikroplastiku w... powietrzu wydychanym przez dziko żyjące delfiny butlonose. To sugeruje, że oddychanie może być znaczącą drogą przedostawania się mikroplastiku do organizmów zwierząt. W tej chwili nie wiemy, czy szkodzi on delfinom. Z badań na ludziach i gryzoniach wynika, że niewielkie fragmenty plastiku przedostające się do organizmu wywołują stres oksydacyjny i stany zapalne. U ludzi oddychanie powietrzem zawierającym mikroplastik powiązano z niekorzystnym wpływem na zdrowie.
      Dotychczas jednak prowadzono niewiele badań nad wpływem mikroplastiku na zdrowie dzikich zwierząt. W przypadku delfinów wiemy, że plastik trafia do ich układów trawiennych. Uczeni z USA przeprowadzili teraz pierwsze badania na obecność mikroplastiku w wydychanym przez nie powietrzu. Były one prowadzone przy okazji szerszych badań nad zdrowiem zwierząt. Naukowcy zebrali powietrze wydychane przez 5 delfinów z Sarasota Bay na Florydzie i 6 zwierząt żyjących w Barataria Bay w Luizjanie.
      Analizy wykazały, że w powietrzu uwolnionym z organizmu przez każde ze zwierząt znajdował się co najmniej 1 fragment mikroplastiku. Podczas szczegółowych badań znalezionych fragmentów zidentyfikowano liczne rodzaje tworzyw sztucznych, takie jak poli(tereftalan etylenu) (PET), poliester, poliamid, poli(tereftalan butylenu) oraz poli(metakrylan metylu). To na razie wstępne badania i konieczne są kolejne, które pozwolą lepiej ocenić poziom ekspozycji delfinów na mikroplastik w powietrzu oraz stwierdzić, czy może on być – na przykład przez uszkodzenie płuc – szkodliwy dla zwierząt.
      Delfiny mają duże płuca i biorą naprawdę głębokie oddechy, mikroplastik może więc trafiać głęboko do ich organizmów. Obecnie nikt nie potrafi odpowiedzieć na pytanie, czy i jakie szkody może poczynić.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Symulacje przeprowadzone na Uniwersytecie w Toronto wskazują, że szybkie rozpowszechnienie samochodów elektrycznych może mieć olbrzymie znaczenie dla zdrowia całej populacji. Naukowcy z Department of Civil & Mineral Engineering i Saudi Aramco stwierdzili, że gwałtowny wzrost liczby samochodów elektrycznych w USA, w połączeniu ze znacznym zwiększeniem produkcji energii ze źródeł odnawialnych, przyniósłby korzyści w obszarze ochrony zdrowia, których wartość wyniosłaby od 84 do 188 miliardów dolarów do roku 2050. Nawet scenariusze z wolniejszym rozpowszechnianiem się samochodów elektrycznych i odnawialnych źródeł energii wykazały korzyści idące w dziesiątki miliardów USD.
      Gdy specjaliści badają wpływ samochodów elektrycznych, zwykle skupiają się na emisji dwutlenku węgla i jego wpływie na miany klimatu, mówi profesor Marianne Hazopoulou. Jednak CO2 nie jest jedyną substancją, emitowaną przez rury wydechowe. Silniki spalinowe wytwarzają wiele zanieczyszczeń powietrza, które mają duży wpływ na zdrowie ludzi. I wpływ ten można zmierzyć, dodaje uczona.
      W badaniach brali też udział doktor Jean Schmitt, profesorowie Daniel Posen i Heather Maclean, oraz badacz z największego na świecie koncernu naftowego, Amir F.N. Abdul-Manan z należącego do Saudi Aramco Strategic Transport Analysis Team.
      Wymienieni eksperci specjalizują się w badaniu cyklu życiowego produktów. Swoje doświadczenie wykorzystali już wcześniej do stworzenia modelu komputerowego oceniającego wpływ elektryfikacji transportu na rynek w USA. Wykazali wówczas, że samo przejście na transport elektryczny nie wystarczy, by spełnić cele porozumienia paryskiego. Teraz postanowili zająć się wpływem samochodów elektrycznych na ludzkie zdrowie.
      Uczeni wykorzystali swój model komputerowy do przeprowadzenia symulacji tego, co dzieje się z innymi niż CO2 produktami spalania. Modelowanie tych zanieczyszczeń jest bardzo różne od modelowania CO2, które pozostaje w atmosferze przez dziesięciolecia i jest w niej dobrze wymieszane. Te inne zanieczyszczenia oraz ich wpływ na zdrowie, oddziałują bardziej miejscowo. Ważne są tutaj zarówno poziom emisji, jak i jej miejsce, wyjaśnia profesor Posen.
      Co prawda samochody elektryczne nie emitują zanieczyszczeń, ale również mogą być odpowiedzialne za ich powstawanie, jeśli są zasilane energią produkowaną z paliw kopalnych. Jednocześnie przenoszą te zanieczyszczenia z dróg do elektrowni. Zatem narażone są na nie bardziej społeczności żyjące w pobliżu zakładów produkcji energii.
      Obecnie produkowane samochody spalinowe wytwarzają znacznie mniej zanieczyszczeń, niż samochody wyprodukowane 20 lat temu. Tych ostatnich wciąż wiele jeździ po drogach. Jeśli więc chcemy uczciwie porównać samochody elektryczne z samochodami spalinowymi, musimy wziąć pod uwagę, że emisja z samochodów spalinowych będzie jeszcze bardziej spadała w miarę, jak starsze pojazdy będą wycofywane z użytkowania. Musimy też brać pod uwagę strukturę produkcji energii, w tym fakt, że energia odnawialna ma coraz większy udział, wyjaśnia doktor Schmitt.
      Naukowcy wybrali dwa główne scenariusze, na podstawie których symulowali sytuację do roku 2050. Pierwszy z nich zakładał, że nie produkujemy już więcej żadnego samochodu elektrycznego, a jednocześnie starsze samochody spalinowe są zastępowane nowszymi, bardziej efektywnymi pojazdami. Według drugiego scenariusza, prowadzona jest szybka elektryfikacja transportu i po roku 2035 sprzedawane są wyłącznie samochody elektryczne. Ten drugi scenariusz badacze nazwali „agresywnym”, ale przypomnieli, że jest on zgodny z deklaracjami wielu krajów. Na przykład Norwegia planuje, że już w przyszłym roku w kraju tym sprzedawane będą wyłącznie samochody elektryczne, a Kanada deklaruje, że samochody spalinowe nie będą sprzedawane najpóźniej od roku 2035.
      Dla obu scenariuszy ustanowiono cały szereg warunków i symulowano poziom zanieczyszczeń powietrza w USA. Następnie naukowcy wykorzystali metodologię używaną przez epidemiologów, firmy ubezpieczeniowe i analityków rządowych do powiązania poziomów zanieczyszczeń z szacunkami takimi jak utracone lata życia oraz ich wartość gospodarcza.
      Nasza symulacja pokazuje, że szybkie rozpowszechnianie się samochodów elektrycznych pomiędzy dniem dzisiejszym a rokiem 2050, przyniesie skumulowane korzyści dla zdrowia publicznego liczone w setkach miliardów dolarów, mówi Posen. To bardzo znaczący wynik, ale trzeba tutaj podkreślić, że korzyści te można osiągnąć tylko wówczas, gdy systemy produkcji energii elektrycznej będą stawały się coraz bardziej ekologiczne. Już teraz odchodzimy od paliw kopalnych i trend ten prawdopodobnie będzie też obecny w przyszłości. Na potrzeby naszych symulacji rozważyliśmy też scenariusz, w którym miks energetyczny się nie zmienia i udział poszczególnych rodzajów energii jest taki sam jak obecnie. W takim przypadku lepiej byłoby zastąpić wszystkie stare samochody spalinowe nowymi. To również nie jest zbyt realistyczny scenariusz, wyjaśnia Posen.
      Warto więc zadać sobie kolejne pytanie. Czy ważniejsza jest dekarbonizacja transportu poprzez szerokie rozpowszechnienie samochodów elektrycznych czy też najpierw należy zdekarbonizować produkcję energii, bo to ona jest źródłem zanieczyszczeń generowanych przez samochody elektryczne.
      Żeby odpowiedzieć na to pytanie, musimy zdać sobie sprawę z tego, że kupowane dzisiaj samochody będą jeździły po drogach przez kolejne dekady. Jeśli będziemy sprzedawali więcej samochodów spalinowych to, niezależnie od ich efektywności, będą one przez lata zanieczyszczały środowisko i negatywnie wpływały na ludzkie zdrowie. Musimy dekarbonizować źródła produkcji energii, i to robimy, ale nie możemy czekać na zakończenie tego procesu, by rozpowszechniać samochody elektryczne, wyjaśnia Hatzopoulou.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      W miarę wzrostu globalnych temperatur drzewa będą emitowały więcej izoprenu, który pogorszy jakość powietrza, wynika z badań przeprowadzonych na Michigan State University. Do takich wniosków doszedł zespół profesora Toma Sharkeya z Plant Resilience Institute na MSU. Naukowcy zauważyli, że w wyższych temperaturach drzewa takie jak dąb czy topola wydzielają więcej izoprenu. Mało kto słyszał o tym związku, tymczasem jest to drugi pod względem emisji węglowodór trafiający do atmosfery. Pierwszym jest emitowany przez człowieka metan.
      Sharkey bada izopren od lat 70., kiedy był jeszcze doktorantem. Rośliny emitują ten związek, gdyż pozwala on im radzić sobie z wysoką temperaturą i szkodnikami. Problem w tym, że izopren, łącząc się z zanieczyszczeniami emitowanymi przez człowieka, znacznie pogarsza jakość powietrza. Mamy tutaj do czynienia z pewnym paradoksem, który powoduje, że powietrze w mieście może być mniej szkodliwe niż powietrze w lesie. Jeśli bowiem wiatr wieje od strony miasta w stronę lasu, unosi ze sobą tlenki azotu emitowane przez elektrownie węglowe i pojazdy silnikowe. Tlenki te trafiając do lasu wchodzą w reakcję z izoprenem, tworząc szkodliwe i dla roślin, i dla ludzi, aerozole, ozon i inne związki chemiczne.
      Sharkey prowadził ostatnio badania nad lepszym zrozumieniem procesów molekularnych, które rośliny wykorzystują do wytwarzania izoprenu. Naukowców szczególnie interesowała odpowiedź na pytanie, czy środowisko wpływa na te procesy. Skupili się zaś przede wszystkim na wpływie zmian klimatu na wytwarzanie izoprenu.
      Już wcześniej widziano, że niektóre rośliny wytwarzają izopren w ramach procesu fotosyntezy. Wiedziano też, że zachodzące zmiany mają znoszący się wpływ na ilość produkowanego izoprenu. Z jednej powiem strony wzrost stężenia CO2 w atmosferze powoduje, że rośliny wytwarzają mniej izoprenu, ale wzrost temperatury zwiększał jego produkcję. Zespół Sharkeya chciał się dowiedzieć, które z tych zjawisk wygra w sytuacji, gdy stężenie CO2 nadal będzie rosło i rosły będą też temperatury.
      Przyjrzeliśmy się mechanizmom regulującym biosyntezę izoprenu w warunkach wysokiego stężenia dwutlenku węgla. Naukowcy od dawna próbowali znaleźć odpowiedź na to pytanie. W końcu się udało, mówi główna autorka artykułu, doktor Abira Sahu.
      Kluczowym elementem naszej pracy jest zidentyfikowanie konkretnej reakcji, która jest spowalniana przez dwutlenek węgla. Dzięki temu mogliśmy stwierdzić, że temperatura wygra z CO2. Zanim temperatura na zewnątrz sięgnie 35 stopni Celsjusza, CO2 przestaje odgrywać jakikolwiek wpływ. Izopren jest wytwarzany w szaleńczym tempie, mówi Sharkey. Podczas eksperymentów prowadzonych na topolach naukowcy zauważyli też, że gdy liść doświadcza wzrostu temperatury o 10 stopni Celsjusza, emisja izoprenu rośnie ponad 10-krotnie.
      Dokonane odkrycie można już teraz wykorzystać w praktyce. Chociażby w ten sposób, by w miastach sadzić te gatunki drzew, które emitują mniej izoprenu. Jeśli jednak naprawdę chcemy zapobiec pogarszaniu się jakości powietrza, którym oddychamy, powinniśmy znacząco zmniejszyć emisję tlenków azotu. Wiatr wiejący od strony terenów leśnych w stronę miast będzie bowiem niósł ze sobą izopren, który wejdzie w reakcje ze spalinami, co pogorszy jakość powietrza w mieście.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Pierwsze ogólnoświatowe badania zanieczyszczeń pyłem zawieszonym PM2.5 wykazało, że jedynie na 0,18% powierzchni Ziemi stężenie pyłu zawsze jest niższe niż określona przez WHO granica bezpieczeństwa. A czystym powietrzem oddycha zwykle tylko 0,001% ludzkości.
      Autorzy badań, naukowcy z kanadyjskiego Monash University zauważyli również, że o ile w ciągu dwóch pierwszych dekad XXI wieku stężenie PM2.5 w powietrzu nad Europą i Ameryką Północną zmniejszyło się, to wzrosło nad Azją Południową, Australią, Nową Zelandią, Ameryką Południową i Karaibami. Średnio globalnie normy PM2.5 są przekroczone przez 70% roku.
      Za pomocą metod maszynowego uczenia zintegrowaliśmy wiele danych meteorologicznych i geologicznych, by ocenić dzienną koncentrację PM2.5 na obszarach o wymiarach 10x10 kilometrów obejmujących całą planetę. Braliśmy pod uwagę lata 2000-2019 i skupiliśmy się na miejscach, gdzie poziom PM2.5 przekraczał 15 µg/m3, czyli poziom bezpieczeństwa określony przez WHO. Trzeba dodać, że poziom ten budzi kontrowersje, mówi główny autor badań Yuming Guo.
      Naukowcy zauważyli też, że globalna ilość PM2.5 nieco spadła w badanym okresie. Do roku 2019 koncentracja pyłów powyżej 15 µg/m3 utrzymywała się przez ponad 70% dni w roku, ale na południu i wschodzie Azji było to ponad 90% dni.
      Średnia globalna koncentracja w latach 2000–2019 wynosiła w skali globu 32,8 µg/m3. Najwyższa była zaś w na wschodzie (50,0 µg/m3) i południu (37,2 µg/m3) Azji. Na trzecim miejscu znajdowała się północna Afryka ze średnim stężeniem 30,1 µg/m3. Najniższe średnie roczne stężenia zanotowano zaś w Australii i Nowej Zelandii (8,5 µg/m3), Oceanii (12,6 µg/m3) oraz Ameryce Południowej (15,6 µg/m3).

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Najbardziej pożądana metoda produkcji wodoru – uzyskiwanie go z wody metodą elektrolizy – pochłania dużo energii. Optymalnym rozwiązaniem byłoby używanie energii ze źródeł odnawialnych. Profesor Gang Kevin Li z University of Melbourne zaprezentował metodę produkcji wodoru z powietrza o wilgotności zaledwie 4%. To otwiera drogę do produkcji wodoru w okolicach półsuchych, gdzie istnieje największy potencjał wykorzystania energii odnawialnej, a w których nie ma dostępu do odpowiedniej ilości wody.
      Obecnie większość produkowanego wodoru uzyskuje się gazu ziemnego lub węgla. Na całym świecie trwają prace nad bardziej ekologicznymi metodami jego produkcji.
      Li i jego zespół postanowili pozyskiwać wodór z powietrza. W każdej chwili w atmosferze znajduje się około 13 bilionów ton wody. Jest ona nawet obecna w środowiskach półsuchych. Naukowcy z Australii uzyskali z powietrza wodór o wysokiej, 99-procentowej, czystości. Ich prototypowa instalacja działała przez 12 dni. W tym czasie udało się średnio pozyskać niemal 750 litrów wodoru dziennie na każdy metr kwadratowy elektrolizera.
      Naukowcy najpierw nasączali gąbkę lub piankę elektrolitem absorbującym wodę, a następnie umieszczali ją pomiędzy elektrodami. Woda pozyskana przez elektrolit jest spontanicznie transportowana do elektrod przez siły kapilarne. Na katodzie powstaje wodór, na anodzie tlen. To proces całkowicie pasywny. Nie są potrzebne żadne ruchome części, mówi Li.
      Urządzenie testowano zarówno zasilając je samymi panelami słonecznymi, jak i samą niewielką turbiną wiatrową. Działało i w pomieszczeniu i na zewnątrz, a wydajność konwersji energii słonecznej na wodór wynosi 15%.
      Jeśli uda się pozyskać fundusze, w przyszłym roku powstanie prototyp o powierzchni elektrod sięgającej 10 m2. Jego twórcy chcą też opracować tańszy i bardziej wydajny elektrolizer.

      « powrót do artykułu
  • Recently Browsing   0 members

    No registered users viewing this page.

×
×
  • Create New...