Tjernobyl grundvattenförorening
Tjernobyl -katastrofen är fortfarande den största och mest skadliga kärnkraftskatastrofen som helt förändrade den radioaktiva bakgrunden på norra halvklotet . Det hände i april 1986 på det forna Sovjetunionens territorium (moderna Ukraina ). Katastrofen ledde till att strålningen ökade nästan en miljon gånger i vissa delar av Europa och Nordamerika jämfört med tillståndet före katastrofen Luft, vatten, jordar, växtlighet och djur var förorenade i varierande grad. Bortsett från Ukraina och Vitryssland som de värst drabbade områdena inkluderade de negativt drabbade länderna Ryssland , Österrike , Finland och Sverige . Den fulla påverkan på vattensystemen, inklusive främst närliggande dalar av floden Pripyat och floden Dnepr , är fortfarande outforskad.
Betydande grundvattenföroreningar är en av de allvarligaste miljöpåverkan som orsakats av Tjernobyl-katastrofen. Som en del av den övergripande sötvattenskadan hänför den sig till så kallad "sekundär" förorening, orsakad av leverans av radioaktivt material genom oavslutade akviferer till grundvattennätverket. Det visade sig vara särskilt utmanande eftersom grundvattenbassänger, särskilt djupt liggande akviferer, var traditionellt anses vara osårbar för olika främmande föroreningar. Till forskarnas överraskning hittades radionuklider av Tjernobyl -ursprung även i djupt liggande vatten med bildningsperioder på flera hundra år.
Historia
Undervattensvatten påverkades särskilt av radioaktivitet i evakueringszonen på 30 km (så kallad " uteslutningszon ") som omger kärnkraftverket i Tjernobyl eller CNPP (Kovar&Herbert, 1998. Den största och farligaste föroreningen ur perspektivet av hydrologisk spridning var Strontium-90 . Denna nuklid visade den mest aktiva rörligheten i vatten under ytan; dess snabba migration genom grundvattenakviferen upptäcktes först 1988-1989. Andra farliga kärnisotoper inkluderade Cesium-137 , Cesium-143 , Ruthenium-106 , Pluton ,-. Plutonium-240 , Americium-241 Den primära föroreningskällan var den skadade 4:e reaktorn, som faktiskt hade varit en haveriplats och där koncentrationen av Strontium-90 initialt översteg de tillåtna nivåerna för dricksvatten 103-104 gånger. Reaktorn förblev en epicentrum av bestrålning även efter att räddningspersonalen byggde " Sarcophagus ", eller "Shelter", en skyddande konstruktion som syftade till att isolera den från miljön. Strukturen visade sig vara icke-hermetisk, genomsläpplig för nederbörd, snö och daggkoncentrationer i många delar av 1000 m2 yta Dessutom levererades stora mängder cesium, tritium och plutonium till grundvattnet på grund av läckage av anrikat vatten från den 4:e reaktorn medan byggandet av "Shelter" pågick. Som ett resultat av detta kondenserade avsevärda mängder vatten inuti " Shelter " ” och absorberad strålning från nukliderhaltigt damm och bränslen. Även om det mesta av detta vatten förångades, läckte vissa delar av det till grundvattnet från ytskikten under reaktorkamrarna.
Andra källor till förorening av grundvattnet inkluderade: deponier för radioaktivt avfall på territoriet för " exklusionszonen" ; kylvattenreservoarer anslutna till akvifer; initialt radioaktivt nedfall som ägde rum de första timmarna efter olyckan; och skogsbränder som ledde till accelererad spridning av förorenade partiklar på marken i det omgivande området. Sammantaget registrerade forskarna sannolikheten för ansamling av nästan 30 % av den totala ytföroreningen i det underjordiska bergmediet. å ena sidan farliga skalor av radionuklider underjordisk migration, men den viktiga funktionen av magmatisk bergart som skyddande sköld mot ytterligare spridning av föroreningar.
Nyligen avslöjade fakta som dolts av sovjeterna visar att problemet med radioaktiv förorening av grundvatten i Tjernobyl-zonen fanns långt före den faktiska katastrofen. Analyserna som utfördes 1983-1985 visade avvikelser från radioaktiva standarder på 1,5-2 gånger, som ett resultat av tidigare oavsiktliga fel på CNPP 1982. När katastrofen inträffade orsakades grundvattenbestrålning på grund av förorening av mark i området för havererade fjärde reaktorn. Vidare förorenades vatten under ytan genom oavslutad akvifer i korrelation och proportionellt mot förorening av marken med isotoper av strontium och cesium . Övre grundvattenakviferer och de flesta artesiska akviferer skadades i första hand på grund av massiv ytförorening med radioaktiva isotoper Strontium-90 och Cesium-137 . Samtidigt fixerades betydande nivåer av radioaktivt innehåll i periferin av uteslutningszonen, inklusive en del av dricksvattenleveranssystemet. Denna avslöjande bevisade faktumet av migration av radioaktiva föroreningar genom grundvattenakvifererna
Efter katastrofen vidtog den sovjetiska regeringen försenade och ineffektiva åtgärder för att neutralisera konsekvenserna av olyckan. Frågan om grundvattenförorening åtgärdades felaktigt de första flera månaderna efter katastrofen, vilket ledde till kolossala finansiella kostnader med försumbart resultat. Samtidigt saknades korrekt övervakning av situationen för det mesta. De primära försöken från katastrofhjälpsarbetare var inriktade på att förhindra förorening av ytvatten. Storskalig radionuklidhalt i det underjordiska vattnet övervakades och upptäcktes först i april–maj 1987, nästan ett år efter katastrofen
Migrationsvägar för kontaminering
Tyvärr främjade hydrologiska och geologiska förhållanden i Tjernobylområdet snabb migration av radionuklid till vattennätet under ytan. Dessa faktorer inkluderar platt terräng, riklig nederbörd och mycket permeabla sandiga sediment De viktigaste naturliga faktorerna för nukliders migration i regionen kan delas in i fyra grupper, inklusive: väder- och klimatrelaterade (avdunstning och nederbördsfrekvens, intensitet och fördelning); geologisk (sedimentpermeabilitet, dräneringsregimer, former av vegetation); jordburen (fysiska, hydrologiska och mekaniska egenskaper hos mark); och litologiska (terrängstrukturer och bergarter). I belägna områden påverkas migrationsprocesser dessutom av antropogena drivkrafter relaterade till mänskliga jordbruksaktiviteter. I detta förhållande kan specifika parametrar och typ av dräneringssystem, förbättringsmetoder, vattenkontroll och sprinkling avsevärt påskynda det naturliga tempot för migration av föroreningar. Till exempel leder konstgjord dränering till en avsevärd ökning av absorptions- och spolningshastigheter. Dessa tekniska faktorer är särskilt viktiga för regionerna längs floden Pripyat och floden Dnepr , som nästan helt är föremål för konstgjord bevattning och dränering inom nätverket av byggda reservoarer och dammar.
Samtidigt har både naturliga och artificiella migrationsfaktorer specifik prioritering för olika föroreningar. Det primära sättet för Strontium-90- transport till grundvattnet är dess infiltration från förorenade jordar och efterföljande övergång genom de porösa ytorna av oavslutad akvifer. Forskarna fixade också två ytterligare alternativa sätt att migration av denna radionuklid. Den första är "teknologisk" övergång, orsakad av dålig konstruktion av brunnar för vattenuttag eller otillräcklig kvalitet på materialen som används för deras skal. Under elektrisk pumpning av djupt liggande artesiskt vatten passerar strömmen oskyddad genom förorenade lager av övre akviferer och absorberar radioaktiva partiklar innan den hamnar i en brunn. Detta föroreningssätt verifierades experimentellt vid vattenintagsbrunnarna i Kiev . Ett annat onormalt sätt för migration av radionuklider är svaga zoner av kristallina bergarter. Forskningen från Center of Radio-ecological Studies vid National Academy of Sciences of Ukraine visade att skorpans yta har okonsoliderade zoner som kännetecknas av ökad elektrisk produktivitet, såväl som högre fukt- och emanationskapacitet.
När det gäller cesium-137 visar denna nuklid lägre migrationspotential i Tjernobyljordar och akviferer. Dess rörlighet hämmas av sådana faktorer som: lermineraler som fixerar radionuklider i berg, absorption och neutralisering av isotoper genom jonbyte med andra kemiska komponenter i vatten; partiell neutralisering av vegetationsmetaboliska cykler; totalt radioaktivt sönderfall. Tunga isotoper av Plutonium och Americium har ännu lägre transportkapacitet både i och utanför exkluderingszonen. Deras farliga potential bör dock inte förkastas med tanke på extremt lång halveringstid och oförutsägbart geokemiskt beteende
Jordbruksskador
Grundvattentransport av radionuklider hör till nyckelvägarna för förorening av mark som är engagerad i jordbruksproduktion. I synnerhet, på grund av vertikal migration med stigande vattennivåer, infiltrerar radioaktiva partiklar jordar och kommer sedan in i växter genom deras rötters absorptionssystem. Detta leder till inre bestrålning av djur och människor under konsumtion av förorenade grönsaker. Denna situation förvärras av en övervägande lantlig typ av bosättning i Tjernobylområdet, där större delen av befolkningen ägnar sig åt aktiv jordbruksproduktion. Det får myndigheterna att antingen ta bort de förorenade områdena nära Tjernobyl från jordbruksverksamhet eller spendera medel för utgrävning och behandling av ytskikt. Dessa problem med skador på ursprungligen intakta jordar lägger en stor börda på främst den ukrainska och i synnerhet den vitryska ekonomin. Nästan en fjärdedel av hela Vitrysslands territorium var allvarligt förorenat med isotoper av cesium . Myndigheterna var tvungna att utesluta nästan 265 tusen hektar odlad mark från jordbruksbruk fram till idag. Även om komplexa kemiska och agroteknologiska åtgärder ledde till en begränsad minskning av radionuklidhalten i livsmedel som producerats på förorenade territorier, är problemet i stort sett olöst. Förutom ekonomiska skador är jordbruksföroreningar via grundvattenvägar skadligt för befolkningens biofysiska säkerhet. Konsumtion av livsmedel som innehåller radionuklider blev den största källan till radioaktiv exponering av människor i regionen. Jordbruksskador innebär så småningom ett direkt och långvarigt hot mot folkhälsan.
Hälsorisker
Hälsoeffekterna av grundvattenförorening för befolkningen i Ukraina , Vitryssland och angränsande stater uppfattas vanligtvis som extremt negativa. Den ukrainska regeringen genomförde initialt ett kostsamt och sofistikerat saneringsprogram. Men med tanke på begränsade ekonomiska resurser och andra mer akuta hälsoproblem orsakade av katastrofen övergavs dessa planer. Inte minst ett sådant beslut berodde på forskningsresultat från inhemska forskare som visar att grundvattenförorening inte bidrar till de totala hälsoriskerna väsentligt. när det gäller andra aktiva vägar för radioaktiv exponering i " exklusionszonen ", i synnerhet har radioaktiv förorening av icke-sluten akvifer, som vanligtvis anses vara ett allvarligt hot, mindre ekonomisk och hälsomässig inverkan i Tjernobyl eftersom vatten under ytan i " exklusionszonen " är används inte för hushålls- och dryckesbehov. Sannolikheten att använda detta vatten av lokala invånare utesluts av en speciell status för Tjernobyl- området och relevanta administrativa förbud. Den enda grupp som direkt och oundvikligen utsätts för hälsohot är räddningsarbetare som är engagerade i vattendräneringsmetoder relaterade till av kärnkraftverksreaktorer i Tjernobyl och avfallshantering.
När det gäller förorening av instängd akvifer, som är en källa till teknisk och hushållsvattenförsörjning för staden Pripyat (den största staden i Tjernobylområdet), utgör den inte heller något omedelbart hälsohot på grund av permanent övervakning av vattenleveranssystemet. Om några index för radioaktivt innehåll överstiger normen, kommer uttaget av vatten från lokala borrhål att avbrytas. Ändå utgör en sådan situation en viss ekonomisk risk på grund av höga utgifter som krävs för att säkerställa alternativa vattenförsörjningssystem. Samtidigt behåller dödliga doser av strålning i oavstängd akvifär en betydande potentiell fara på grund av deras avsevärda kapacitet för migration till instängd akvifär och därefter till ytvatten, främst i Pripyatfloden . Detta vatten kan dessutom komma in i bifloder till floden Dnepr och Kiev-reservoaren . På så sätt kan antalet djur och människor som använder förorenat vatten för hushållsändamål öka drastiskt. Med tanke på att Dnepr är en av de viktigaste vattenartärerna i Ukraina , kan omfattande utsläpp av radionuklider i grundvattnet nå omfattningen av nationell nödsituation i händelse av att integriteten för "Shelter" eller långlivade avfallsförvar brytes. Enligt övervakningspersonalens officiella ståndpunkt är ett sådant scenario osannolikt eftersom innehållet av Strontium-90 vanligtvis är avsevärt utspätt i Pripyatfloden och Kievreservoaren innan man når Dnepr. Ändå anses denna bedömning vara felaktig av vissa experter på grund av imperfekt utvärderingsmodell implementerad. Grundvattenförorening ledde alltså till en paradoxal situation inom folkhälsoområdet: direkt exponering för strålning genom att använda förorenat vatten under ytan för hushållsändamål är ojämförligt mindre än indirekt påverkan orsakad av nukliders migration till odlade marker. I detta avseende kan särskiljas på plats och off-site hälsorisker från föroreningar i grundvattennätet i uteslutningszonen Låga risker på plats produceras av direkt vattenstart för dricks- och hushållsbehov. Det beräknades att även om hypotetiska invånare använder vatten på deponierna för radioaktivt avfall , skulle riskerna vara långt under tillåtna nivåer. Sådana resultat kan förklaras av underjordisk vattenrening under dess hydrologiska transport i ytvatten, regn och snösmältning. Primära hälsorisker är utanför anläggningen, orsakade av radionuklidkontamination av jordbruksmarker och orsakade, bland andra faktorer, av grundvattenmigrering genom oavslutad akvifer. Denna process leder så småningom till intern bestrålning av människor som använder mat från de förorenade områdena.
Vattenskyddsåtgärder
Brådskan att vidta omedelbara åtgärder för skydd av underjordiskt vatten i Tjernobyl- och Pripyat -regionen orsakades av en uppfattad fara för transport av radionuklider till floden Dnepr, vilket förorenar Kiev , Ukrainas huvudstad , och 9 miljoner andra vattenanvändare nedströms. I detta avseende antog regeringen den 30 maj 1986 dekretet om grundvattenskyddspolitik och lanserade ett kostsamt program för vattensanering. Dessa åtgärder visade sig dock vara otillräckliga eftersom de grundade sig på ofullständiga uppgifter och frånvaro av effektiv övervakning. Utan trovärdig information lanserade räddningspersonal ett "värsta fall"-scenario, och förväntade sig maximal föroreningstäthet och minimala nedgångsindex. När den uppdaterade undersökningsinformationen visade på försumbara risker för överdriven nuklider stoppades saneringsprogrammet. Men för närvarande Ukraina redan spenderat gigantiska monetära medel motsvarande nästan 20 miljoner dollar för detta projekt, samt utsatt hjälparbetare för onödig fara för bestrålning.
Under 1990-2000-talet flyttades fokus för skyddsåtgärder från sanering till konstruktion av skyddssystem för fullständig isolering av förorenade områden längs Pripyatfloden och Tjernobyls kärnkraftverk från resten av regionen. Sedan det gjordes uppmanades de lokala myndigheterna att koncentrera ansträngningarna på den permanenta övervakningen av situationen. Processen för nedbrytning av radionuklider släpptes till sig själv under så kallad "observerad naturlig dämpning"
Övervakningsåtgärder
Inför ihållande sönderfall av radioaktiva material och mycket ogynnsam strålningsbakgrund i " exklusionszonen ", var och förblir permanent övervakning avgörande både för att minska miljöförstöringen och för att förhindra humanitära katastrofer bland grannsamhällen. Övervakning gör det också möjligt att minska parameterosäkerheter och förbättra bedömningsmodeller, vilket faktiskt leder till en mer realistisk vision av problemet och dess skalor. Fram till slutet av 1990-talet var metoderna för datainsamling för övervakning av grundvattenkvalitet av låg effektivitet och tillförlitlighet. Under installationen av övervakningsborrhål förorenades brunnarna med "hett bränsle"-partiklar från markytan, vilket gjorde initiala data felaktiga. Sanering av borrhål från främmande förorenare kan ta 1,5–2 år. Ett annat problem var otillräcklig rening av övervakningsbrunnar före provtagning. Denna procedur, nödvändig för att ersätta gammalt vatten i borrhål med nytt vatten från akvifer, introducerades av övervakningspersonal först 1992. Vikten av rening bevisades omedelbart av en betydande ökning av Strontium-90-index i prover. Datakvaliteten försämrades ytterligare. genom korrosion av stålkomponenter i övervakningsbrunnar. Frätande partiklar förändrade avsevärt den radioaktiva bakgrunden av akvifären. Särskilt överdrivet innehåll av järnföreningar i vatten kom i kompensatoriska reaktioner med Strontium vilket ledde till bedrägligt lägre Strontium-90-index i prover. I vissa fall försvårade irrelevant design av brunnsburar också övervakningsnoggrannheten. Brunnskonstruktionerna som genomfördes av på kärnkraftverket i Tjernobyl i början av 1990-talet hade 12 meter långa skärmningssektioner som endast möjliggjorde vertikalt arrangerade provtagningar. Sådana prover är svåra att tolka eftersom en akvifer vanligtvis har ojämn vertikal fördelning av föroreningar. Sedan 1994 har kvaliteten på grundvattenobservationerna i Tjernobyl -zonen förbättrats tillräckligt. Nya övervakningsbrunnar är konstruerade med poli-vinylkloridmaterial istället för stål, med förkortade skärmsektioner, 1–2 m. Dessutom skapades 1999-2012 en experimentell övervakningsplats i närheten av deponiområdet för radioaktivt avfall västerut Tjernobyls kärnkraftverk , kallad Tjernobyl . "Tjernobyl Röda skogen". Elementen i det nya övervakningssystemet inkluderar laboratoriemodul, station för övervakning av omättade zoner, nätverk av övervakningsborrhål och meteorologisk station. Dess primära mål inkluderar övervakning av sådana processer som: extraktion av radionuklider från "heta bränslepartiklar" (HFP) spridda i ytskiktet; deras efterföljande övergång genom den omättade akvifären och tillståndet för den freatiska (mättnads) zonen. HFP är partiklar som kom ut från bränt trä och betong under den första explosionen och efterföljande brand i "exklusionszonen". Omättad akvifer är försedd med vatten- och jordprovtagare, vatteninneslutningssensorer och tensiometrar . Arbetet med en experimentell plats gör det möjligt att göra realtidsövervakning av Strontium-90- migrering och tillstånd i akvifären, men samtidigt väcker nya frågor. Övervakningspersonalen noterade att fluktuationer i vattennivåer direkt påverkar frigörandet av radionuklider från sediment, medan ansamling av organiskt material i sediment korrelerar med geokemiska parametrar för akvifären. Dessutom upptäckte forskarna för första gången plutonium i djupt liggande grundvatten, vilket innebär att denna förorening också har en kapacitet att migrera i sluten akvifär. De specifika sätten för denna migrering är dock fortfarande okända.
Forskarna förutspår att koncentrationen av Strontium-90 fram till 2020 kommer att vara mycket lägre i undervattensvatten än tillåtna maximala index vid ett kränkt skydd av kärnavfallsdeponier i exklusionszonen. Dessutom är förorening av Pripyatfloden som den mest sårbara ytvattenvägen genom underjordiska bifloder osannolik under de kommande 50 åren. Samtidigt är antalet övervakningsbrunnar fortfarande otillräckligt och behöver utökas och modifieras. Dessutom är borrhålen ojämnt fördelade inom uteslutningszonen, utan hänsyn till områdets hydrologiska och radioaktiva särdrag (Kovar&Herbert, 1998)
Lärdomar
Tjernobylolyckan visade att de lokala myndigheterna var fullständigt oförberedda på att lösa miljörelaterade frågor om en kärnkraftskatastrof. Grundvattenhantering är inget undantag. Utan korrekta realtidsdata och anpassade nödhanteringsplaner spenderade regeringen enorma medel för grundvattensanering , vilket senare visade sig vara onödigt. Samtidigt utfördes riktigt avgörande toppprioriterade åtgärder, såsom tillförlitlig isolering av den skadade 4:e reaktorn, på en låg kvalitetsnivå. Om "Shelteret" hade konstruerats utan brister som helt hermetiskt och isolerande den 4:e reaktorn från kontakt med externa luft-, jord- och grundvattenmedier, skulle det ge mycket större bidrag till att förhindra att nuklider tränger in i och deras migration genom grundvattennätverket . följande är lärdomar från tragedin i Tjernobyl för grundvattenhantering:
- Nödvändigheten av ett konsekvent och tekniskt tillförlitligt övervakningssystem som kan producera högkvalitativa realtidsdata;
- Exakt övervakningsdata som en primär grund för eventuella korrigerande metoder och förbättringspolicyer;
- Kriterier och syften med grundvattenhanteringsaktiviteter, vare sig det är sanering, byggnadsarbeten eller jordbruksrestriktioner, ska identifieras vid analysstadiet och före varje praktiskt förverkligande;
- Problem med grundvattenföroreningar måste ses i ett vidare perspektiv, med nära korrelation till andra vägar och former av förorening, eftersom de alla är sammankopplade och ömsesidigt påverkade;
- Det är alltid starkt tillrådligt att engagera internationella experter och ledande forskare för att granska utformade handlingsplaner;
- Grundvattenhantering i områden med radioaktiv förorening måste baseras på en integrerad ekosystemansats, det vill säga dess inflytande på lokala och globala ekosystem, lokala samhällens välbefinnande och långvariga miljöpåverkan.