Kierownik projektu :
dr hab. inż. Edyta Łokas, prof. IFJ PAN
Instytut Fizyki Jądrowej im. Henryka Niewodniczańskiego Polskiej Akademii Nauk

Panel: ST10

Konkurs : OPUS 11
ogłoszony 15 marca 2016 r.

W środowisku Arktyki, pomimo jej znacznego oddalenia od centrów cywilizacji, silnie zaznaczają się negatywne skutki działalności człowieka. Należy do nich m.in. zanieczyszczenie metalami ciężkimi, w tym pierwiastkami promieniotwórczymi, które rozprzestrzeniane są w skali globalnej poprzez cyrkulację atmosfery. Biorąc pod uwagę dużą podatność ekosystemów w Arktyce na wszelkie zaburzenia, niezbędne jest lepsze poznanie poziomów zawartości oraz czynników wpływających na przemieszczanie się pierwiastków promieniotwórczych pomiędzy różnymi elementami tamtejszego środowiska. Ze względu na słabą dostępność Arktyki i trudne warunki prowadzenia badań terenowych wiedza ta jest ciągle niedostateczna. Istotnym składnikiem środowiska Arktyki są lodowce, które np. w archipelagu Svalbard pokrywają ok. 60% powierzchni.

fot. Michał Łepeckifot. Michał Łepecki Charakterystyczną cechą lodowców występujących na obszarach polarnych są kriokonity, czyli nagromadzenia pyłów opadających na powierzchnie lodowców. Ich ciemne zabarwienie powoduje, że nagrzewają się od promieniowania słonecznego silniej niż lód i wtapiają w jego powierzchnię tworząc charakterystyczne zagłębienia wypełniające się w ciągu lata wodą. Kriokonity stanowią bazę dla występowania licznych organizmów, których cechy i znaczenie dla obiegu materii w środowisku arktycznym są przedmiotem intensywnych badań. Dopiero niedawno zwrócono uwagę na specyficzną zdolność kriokonitów do akumulowania pierwiastków promieniotwórczych. Zdolność ta związana jest z silnie adsorbującymi metale substancjami polimerowymi wydzielanymi przez komórki sinic – najpowszechniejszych mikroorganizmów występujących w kriokonitach. Zadaniem tych kleistych substancji spajających kriokonity jest wiązanie toksycznych pierwiastków poza komórkami sinic. W efekcie kriokonity uzyskują mechaniczną spoistość pozwalającą im na przetrwanie na powierzchni lodowca przez wiele lat, co z kolei skutkuje niezwykle wysokimi stężeniami  zawartych w nich pierwiastków promieniotwórczych, które zostały uwolnione do atmosfery w wyniku wybuchów jądrowych w atmosferze (ich kulminacja nastąpiła w latach 1963-1964), katastrof jądrowych (Czarnobyl, Fukushima), emisji z zakładów przeróbki paliwa jądrowego, czy też mniej znanych awarii satelitów zasilanych jądrowymi źródłami energii. Do radionuklidów tych należą: izotopy Pu, Cs-137, Am-241 i Sr-90. Poza tymi uwolnionymi przez człowieka radionuklidami, kriokonity koncentrują również naturalnie występujące w środowisku izotopy np. Pb-210. Stężenia radionuklidów zaobserwowane w kriokonitach osiągają niezwykle wysokie wartości porównywalne z tymi, które występują na silnie skażonych terenach w pobliżu miejsc katastrof jądrowych. Kriokonity są więc istotnym składnikiem radiacyjnego środowiska Arktyki. Dopóki pozostają na powierzchni lodowców nie przedostają się do sieci pokarmowych ekosystemów arktycznych, ale obserwowane w Arktyce zmniejszanie się zasięgu lodowców skutkuje, udokumentowanym we wcześniejszych pracach, osadzaniem się materiału tworzącego kriokonity na przedpolach lodowców. Materiał ten, wzbogacony w radionuklidy, może być przemieszczany przez wiatr i cieki wodne oraz asymilowany przez rośliny pojawiające się z czasem na terenach odsłoniętych przez lodowce. Zmniejszanie się zasięgu lodowców może więc skutkować rozprzestrzenieniem tych radionuklidów w ekosystemach lądowych i morskich.

fot. Michał Łepeckifot. Michał Łepecki Głównym celem projektu było określenie stężeń radionuklidów (137Cs, 238,239+240Pu, 241Am, 210Pb) w kriokonitach zebranych na kilku lodowcach Spitsbergenu i na Grenlandii oraz ich zmienności wzdłuż lodowców. Istotnym celem było również wskazanie źródeł zanieczyszczenia radionuklidami pochodzenia sztucznego poprzez wyznaczenie wartości stosunków izotopowych, a także określenie związku pomiędzy składem chemicznym kriokonitów (zawartością substancji mineralnych i organicznych), a ich zdolnością do koncentrowania radionuklidów.

Wyniki projektu poszerzyły wiedzę o prawie zupełnie nierozeznany aspekt występowania kriokonitów jakim jest ich zdolność do znacznego koncentrowania zanieczyszczeń atmosferycznych, która może mieć ważne konsekwencje dla obiegu tych substancji w środowisku w warunkach zachodzących obecnie zmian klimatu i znacznego zmniejszania się zasięgu lodowców arktycznych. Wyniki badań uzyskane przez członków zespołu zostały opublikowane w renomowanych czasopismach naukowych oraz przedstawione na międzynarodowych konferencjach, dzięki czemu mogliśmy zaistnieć w czołówce naukowców zajmujących się skażeniem lodowców na całej kuli ziemskiej.

Pełny tytuł finansowanego projektu : Kriokonity w obszarach polarnych i ich rola w akumulacji zanieczyszczeń atmosferycznych

dr hab. inż. Edyta Łokas, prof. IFJ PAN

Kierownik - dodatkowe informacje

Absolwentka Wydziału Geologii, Geofizyki i Ochrony Środowiska Akademii Górniczo-Hutniczej im. Stanisława Staszica w Krakowie, gdzie uzyskała stopień doktora nauk o ziemi. Od 2007 r. związana z Instytutem Fizyki Jądrowej im. Henryka Niewodniczańskiego Polskiej Akademii Nauk, gdzie w 2018 r. uzyskała stopień doktora habilitowanego nauk fizycznych. Obecnie kieruje Zakładem Spektrometrii Mas Polskiej Akademii Nauk. Posiada imponujący dorobek – jest aktywną uczestniczką międzynarodowych konferencji i laureatką wielu grantów. Podczas wypraw polarnych zbierała próbki gleby i kriokonitu, w których określała zawartość radionuklidów i metali ciężkich. Zgromadziła rozległą bazę danych z obszarów zlodowaconych północnej i południowej półkuli, określając stężenia aktywności dla 137Cs, 238,239+240Pu, 241Am, 210Pb oraz źródła zanieczyszczeń poprzez wyznaczenie wartości stosunków izotopowych. Od 2014 r. jest członkinią grupy ekspertów zajmujących się promieniotwórczością w Arktyce AMAP (Arctic Monitoring Assesment Programme). Jest również członkinią Komitetu Badań Czwartorzędu PAN oraz Stowarzyszenia Geomorfologów Polskich.

prof. Edyta Łokas, fot. Michał Łepecki