Biogeochemistry of uranium in the Southern Baltic ecosystem

• Autorzy: Borylo A. , Skwarzec B.

Warianty tytułu

PL

Biogeochemia uranu w ekosystemie południowego Bałtyku

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The determination of uranium isotopes in different components of the Southern Baltic (sediments, soil, birds, river) is presented and discussed in this paper. The Baltic Sea is one of the most polluted water regions in the world. On the basis of the studies was found that the most important process of uranium geochemical migration in the Southern Baltic Sea ecosystem is the sedimentation of suspended material and the vertical diffusion from sediments into the bottom water. Considerable amounts of uranium isotopes are introduced into the Baltic waters together with annual inflows of saline and well-aerated waters from the North Sea. Also very high uranium concentrations are the result of weathering and erosional processes of the rocks (e.g. Sudetic rocks) which contain elevated natural concentrations of this radionuclide. Considerable amounts of uranium isotopes are introduced into the Baltic waters together with annual inflows from the Vistula and Oder rivers, also from saline and well-aerated waters from the North Sea. The results of many our studies confirm the significant role of human activities and phosphogypsum stockpile in Wiślinka as a source of these isotopes in southern Baltic.

PL

Migrację uranu zapoczątkowują procesy wietrzenia skał oraz erozja gleb. Uran wprowadzany jest do wody morskiej w różnorodnych postaciach geochemicznych, zawiesiny minerałów wietrzeniowych oraz w formie wolnych jonów U6+. Ważną rolę w migracji uranu w środowisku odgrywa również proces dyfuzji z osadów dennych, w których stwierdzono niższe stężenia uranu przy powierzchni niż w warstwach głębszych. Najważniejszym procesem geochemicznej migracji uranu w ekosystemie Południowego Bałtyku jest sedymentacja materiału lądowego i zawiesiny wiślanej oraz pionowa dyfuzja z osadów do wody przydennej za pośrednictwem wody porowej oraz zmian diagenetycznych zachodzących w osadach. Organizmy bałtyckie charakteryzuje bardzo małe powinowactwo do uranu. Źródłem uranu w bałtyckich organizmach roślinnych i zwierzęcych jest woda morska, nie zaś osad denny, o czym świadczą wartości ilorazu aktywności 234U/238U, które w tych organizmach wynoszą około 1,15 i są porównywalne do wartości charakteryzującej wodę morską i bałtycką (odpowiednio 1,18 i 1,17). Względną równowagę promieniotwórczą obserwuje się natomiast w osadach dennych Południowego Bałtyku, gdzie wartości stosunku aktywności są zbliżone do 1 (od 0,92 do 0,97, z wyjątkiem osadów dennych zebranych po powodzi w 1997 roku). W wodach przydennych i powierzchniowych Południowego Bałtyku wartości stosunku aktywności 234U/238U mieszczą się natomiast w przedziale od 1,18 do 1,20, co oznacza, że izotopy 234U i 238U nie występują w równowadze promieniotwórczej. Niższe wartości stosunku aktywności 234U/238U są natomiast charakterystyczne dla ptaków morskich (0,75-1,12). Stężenie uranu w ich narządach i tkankach maleje w szeregu: pozostałe trzewia > pióra > skóra > wątroba > szkielet > mięśnie. Bardzo istotnym zjawiskiem mającym wpływ na wielkość stężenia badanych radionuklidów w organizmach ptaków morskich jest pierzenie, w wyniku którego ptaki tracą znaczną część zawartych w ich organizmie radionuklidów. Część radionuklidów zawartych w piórach jest wbudowana w ich strukturę i pochodzi z organizmu ptaka, a część jest zaadsorbowana na ich powierzchni z atmosfery oraz nanoszona jest na nie wraz z wydzieliną gruczołu kuprowego podczas ich konserwacji. Badania pochodzenia uranu w piórach wykazały, że około 37% jego zawartości jest wbudowywane w nie z organizmu w czasie wzrostu, a ponad 67% jest zaadsorbowane na ich powierzchni i pochodzi głównie z powietrza. Wisła oraz Odra wraz z dopływami, jak też rzeki przymorza (Rega, Parsęta i Słupia), są ważnymi źródłami spływu uranu do Morza Bałtyckiego. Powierzchnia zlewni Wisły, Odry oraz rzek przymorza stanowi około 99% powierzchni Polski, zatem szacuje się, że z całego obszaru Polski wpływa tymi rzekami około 750 GBq izotopów uranu 234U i 238U. Wśród wielu innych źródeł izotopów promieniotwórczych, które stanowią pośrednie lub bezpośrednie zagrożenie skażeniem dla rzek i ekosystemu Południowego Bałtyku, za najważniejsze uznaje się kopalnie węgla kamiennego (np. Górnośląski Okręg Przemysłowy i Dolnośląskie Zagłębie Węgla) oraz działalność człowieka związaną z przemysłem metalurgicznym i jądrowym, spalaniem paliw kopalnych, stosowaniem nawozów fosforowych w rolnictwie, rafineriami ropy naftowej, testami i próbami broni nuklearnej, produkcją i przetwarzaniem prętów paliwowych, górniczych oraz hałd.

Słowa kluczowe

EN

biogeochemistry; uranium; Southern Baltic; aquatic ecosystem; uranium isotope; sediment; surface water; bottom water; sea organism; marine animal; bird; phosphogypsum stockpile

• Wydawca: -
• Czasopismo: Baltic Coastal Zone. Journal of Ecology and Protection of the Coastline
• Rocznik: 2013
• Tom: 17
• Opis fizyczny: p.53-69,fig.,ref.

Twórcy

autor

Borylo A.

• Department of Analytical and Environment Radiochemistry, Faculty of Chemistry, University of Gdansk, Wita Stwosza 63, 80-308 Gdansk, Poland

autor

Skwarzec B.

• Department of Analytical and Environment Radiochemistry, Faculty of Chemistry, University of Gdansk, Wita Stwosza 63, 80-308 Gdansk, Poland

Bibliografia

• Andreou G., Efstathiou M., Pashalidis I., 2012. A simplified determination of uranium in phosphate rock and phosphogypsum by alphaspectroscopy after its separation by liquidextraction. J. Radioanal. Nucl. Chem., 291, 865-867.
• Bagatti D., Cantone M.C., Giussani A., Veronese I., Roth P., Werner E., Höllriegl V., 2003. Regional dependence of urinary uranium baseline levels in non-exposed subjects with particular reference to volunteers from Northern Italy. J. Environ. Radioact., 65, 357-364.
• Barr G., Lambert S.J., Carter J.A., 1979. Uranium isotope disequilibrium in ground waters of southeastern New Mexico and implications regarding age-dating of waters. Isotope Hydrology 1978, IAEA, vol. 2, 645-660.
• Baxter M.S., 1996. Technologically enhanced radioactivity: An overview. J. Environ. Radiact., 32(1-2), 3-17.
• Bolivar R., García-Tenorio M., García-León J., 1996. On the fraction of natural radioactivity in the production of phosphoric acid by the wet acid. Radioanal. Nucl. Chem., 214, 77-88.
• Bonatti E., Fisher D., Joensuu O., Rydel H., 1971. Postdepositional mobility of some transition elements, phosphorus and thorium in deep sea sediments. Geochim. Cosmochim. Acta, 35, 189-201.
• Boryło A., 2013. Determination of uranium isotopes in environmental samples. J. Radioanal. Nucl. Chem., 295(1), 621-631.
• Boryło A., Nowicki W., Skwarzec B., 2009. Isotopes of polonium 210Po, uranium 234U and 238U for industrialized areas in Poland (Wiślinka). Internat. J. Environ. Anal. Chem., 89, 677-685.
• Boryło A., Skwarzec B., Fabisiak J., 2010. Bioaccumulation of uranium 234U and 238U in marine birds. J. Radioanal. Nucl. Chem., 284, 165-172.
• Boryło A., Skwarzec B., 2011. Bioaccumulation of polonium 210Po and uranium (234U, 238U) in plants around phosphogypsum waste heap in Wiślinka (northern Poland). Radiochim. Acta, 99, 1-13.
• Boryło A., Skwarzec B., Olszewski G., 2012. The radiochemical contamination (210Po and 238U) of zone around phosphogypsum waste heap in Wiślinka. J. Environ. Science and Heal., Part A47, 675-687.
• Bou-Rabee F., Bakir Y., Bem H., 1995. Contribution of uranium to gross alpha radioactivity in some environmental samples in Kuwait. Environ. Internat., 21, 293-298.
• Browne E., Firestone F.B., 1986. Table of radioactive isotopes. (Ed.) V.S. Shirley. John Wiley and Sons, New York.
• Brzyska W., 1987. Lantanowce i aktynowce. (Lanthanides and actinides). Wydawnictwo Naukowo-Techniczne, Warszawa, (in Polish).
• Depowski S., Kotliński R., Rühle E., Szamałek K., 1998. Surowce mineralne mórz i oceanów. (Mineral resources of the seas and oceans). (Eds) R. Kotliński, K. Szamałek, Wydawnictwo Naukowe SCHOLAR, Warszawa, (in Polish).
• Edwards R., 1999. Too hot to handle, New Scient., 162, 20-21.
• Fleischer R.L., Raabe O.G., 1978. Recoiling alpha-emitting nuclei. Mechanisms for uraniumseries disequilibrium. Geochim. Cosmochim. Acta, 42, 973-978.
• Hull C.D., Burnett W.C., 1996. Radiochemistry of Florida phosphogypsum. J. Environ. Radioact., 32(3), 213-238.
• Jiang L., Li P., Tian L., Han W., 2005. Concentration Characteristics of Large-Size Particles in Vertical Pipes for Hydraulic Lifting. In: Mining Systems & Technology II: Pipe Dynamics and Flows. The Proceedings of the 6th (2005) ISOPE Ocean Mining Symposium, Changsha, Hunan, China, October 10-13, 2005, ISOPE, 105-108.
• Ku T.L., Knauss K.G., Mathieu G.G., 1977. Uranium in open ocean: concentration and isotopic composition. Deep-Sea Res., 24, 1005-1017.
• Martinez-Aguirre A., Garcia-León M., 1997. Radioactive impact of phosphate ore processing in a wet marshland in southwestern Spain. J. Environ. Radioact., 34, 45-57.
• Martinez-Aguirre A., Garcia-Orellana I., Garcia-León M., 1997. Transfer of natural radionuclides from soils to plants in a marsh enhanced by the operation of non-nuclear industries. J. Environ. Radioact., 35(2), 149-171.
• Meinrath A., Schneider P., Meinrath G., 2003. Uranium ores and depleted uranium in the environment with a reference to uranium in the biosphere from the Erzgebrige/Sachsen, Germany. J. Environ. Radioact., 64, 175-193.
• Niesmiejanow A.N., 1975. Radiochemia. (Radiochemistry). PWN, Warszawa, (in Polish). PAA, 2008. NucNet 64.
• Polański A., Smulikowski K., 1969. Geochemia. (Geochemistry). Wydawnictwa Geologiczne, Warszawa, (in Polish).
• Priest N.D., 2001. Toxicity of depleted uranium. The Lancet, 357, 244-246.
• Red Book. Uranium 2007: Resources, production and demand. 2008. OECO/IAEA.
• Rejman W., 1996. Kopalnie uranu w Polsce. (Uranium mines in Poland). Wiedza i Życie, 9, 6-8, (in Polish).
• Sackett W.M., Mo T., Spalding R.F., Exner M.E., 1973. A revolution of the marine geochemistry of uranium. In: Symposium on the Interaction of Radioactive Contaminants with the Constituents of the Marine Environment, Seattle. WA/IAEA, Vienna, 757-769.
• Sam A.K., Holm E., 1995. The natural radioactivity in phosphate deposits from Sudan. Sci. Total. Environ., 162, 173-178.
• Sam A.K., Ahmed M.M.O., El Khangi F.A., El Nigumi Y.O., Holm E., 1999. Radiological and chemical assessment of Uro and Kurun rock phosphates. J. Environ. Radioact., 42, 65-75.
• Skwarzec B., 1995. Polon, uran i pluton w ekosystemie południowego Bałtyku. (Polonium, uranium and plutonium in the ecosystem of the Southern Baltic). Instytut Oceanologii PAN, Sopot, (in Polish).
• Skwarzec B., 1997. Radiochemical methods for the determination of polonium, radiolead, uranium and plutonium in the environmental samples. Chem. Anal., 42, 107-115.
• Skwarzec B., 2002. Radiochemia środowiska i ochrona radiologiczna. (Environmental radiochemistry and radiation protection). Wydawnictwo DJ s.c., Gdańsk, (in Polish).
• Skwarzec B., 2009. Determination of radionuclides in the aquatic environment. In: Analytical measurement in aquatic environments. (Eds) J. Namieśnik, P. Szefer, Tylor&Francis PE.
• Skwarzec B., 2011. Radionuclides in sediments and benethic organisms. In: Geochemistry of Baltic Sea surface sediments. (Ed.) Sz. Uścinowicz, Państwowy Instytut Geologiczny, Warszawa.
• Skwarzec B., Boryło A., Strumińska D., 2002. Isotopes of 234U and 238U in water and sediments of the southern Baltic. J. Environ. Radioact., 61, 345-363.