Radiocäsium in der Umwelt

Globaler Fallout

Durch Atombombentests gelangten seit 1945 künstliche, radioaktive Spaltprodukte in die Atmosphäre und verbreiteten sich weltweit. Bei jedem Test entstehen ca. 200 Spaltprodukte, von denen viele wegen ihrer kleinen physikalischen Halbwertzeit schon nach kurzer Zeit nicht mehr nachzuweisen sind. Von den verbleibenden Spaltprodukten kommt den Isotopen Strontium 90 und Cäsium 137 eine besondere Bedeutung zu:

sie haben lange Halbwertzeiten (Sr 90 = 28 Jahe, Cs 137 = 30 Jahre)

sie verhalten sich physiologisch ähnlich wie die wichtigen Bioelemente Kalcium und Kalium

bei jedem Atomtest entstehen sie in größerer Menge (ca. 3-7% Spaltausbeute)

Bei den oberirdischen Atombombentests gelangten die radioaktiven Spaltprodukte in die Atmosphäre und wurden durch Stoffaustauschreaktionen zwischen der Tropo- und der Stratosphäre weltweit deponiert. Diese Ablagerung erfolgte überwiegend mit den Niederschlägen, teilweise aber auch über trockene Deposition.

Als Folge dieser oberirdischen Atombombentests in den 50er und 60er Jahren ist weltweit in Umweltmedien auch heute noch das radioaktive Isotop Cs-137 vorhanden. Mit Zunahme der Kernwaffentests stieg die globale Belastung durch Cs-137 kontinuierlich an.

Auf internationalen Druck hin beschlossen die USA, die ehemalige UDSSR und Großbritannien 1963 einen begrenzten Kernwaffenteststoppvertrag, der nur noch unterirdische Atombombentests erlaubt. In den folgenden 3 Jahrzehnten nahm daraufhin die globale Umweltkontamination mit Cs-137 langsam ab.

Tschernobyl Fallout

Am 26.04.86 ereignete sich der Reaktorunfall in Tschernobyl. Dabei gelangte eine Radioaktivitätsmenge von 2x10¹⁸ Bq in die Atmosphäre (ZIFFERO 1988). Das ist die höchste Aktivitätsmenge, die jemals kurzfristig aus einer Strahlungsquelle freigesetzt wurde (IAEA 1991). Etwa die Hälfte davon ging innerhalb 60 km um die Unfallstelle nieder, während der Rest ungleichmäßig über ganz Europa verteilt wurde (Abbildung 1).

Insgesamt gelangten etwa 40 verschiedene Radionuklide in die Umwelt, wobei für die Strahlenbelastung langfristig insbesondere Jod (Jod 131) und Cs 137 sowie Strontium (vor allem Sr 90) von Bedeutung sind.

Abb. 1. Verteilung der Cs-137 Aktivität nach dem Tschernobyl Fallout (aus: European Union, Brussels 1998)

Die radioaktiven Stoffe wurden durch die heißen Gase aus dem brennenden Reaktorkern in Höhen von mehr als 1500 Metern getragen, von wo sie in den folgenden Tagen, je nach den Wetterverhältnissen, grossräumig in Skandinavien, Finnland, auf dem Baltikum, und Süddeutschland, verteilt wurden. Die Deposition erfolgte überwiegend mit den Niederschlägen sehr inhomogen, wodurch hoch belastete Flächen dicht neben nur gering belasteten Flächen liegen können.

In der Bundesrepublik Deutschland erfolgte die Deposition der Radionuklide i.w. mit Regenschauern, die zwischen dem 30. April und dem 5. Mai 1986 niedergingen. Etwa zwei Drittel der deponierten Aktivität stammten dabei von den Isotopen Jod-131 und Tellur-132, die allerdings mit Halbwertzeiten von nur 8 bzw. 3 Tagen, relativ schnell zerfallen. Von den langlebigen Nukliden stellt Cäsium-137 mit 8% den größten Anteil der Gesamtaktivität. Die langfristige Strahlenbelastung durch den Reaktorunfall wird daher fast ausschließlich durch dieses Nuklid verursacht. Die in der Bundesrepublik deponierte Cs-137 Menge betrug insgesamt nur 300 g.

Die 1986 in den Böden der Bundesrepublik gemessene Cs-137 Flächenaktivität (ausgedrückt in Becquerel pro Quadratmeter) ist in der Abbildung 2 dargestellt. Es ist deutlich zu sehen, dass die Bodenkontamination im Süden Deutschlands wesentlich höher ist als im übrigen Teil. Diese inhomogene Verteilung ist i.w. durch die regional unterschiedlich starken Regenfälle bedingt, mit denen Cs-137 aus den kontaminierten Luftmassen ausgewaschen wurde.

Abb. 2: Bodenkontamination mit Cs-137 in der Bundesrepublik 1986, nach Bundesgesundheitsamt (2000)

In den Monaten unmittelbar nach dem Tschernobyl-Fallout waren Nahrungsmittel, die aus dem Freien stammten und Fleisch von pflanzenfressenden Wildtieren erhöht mit Radiocäsium belastet. Während die Radiocäsium-Kontamination in landwirtschaftlich erzeugten Grundnahrungsmitteln pflanzlicher und tierischer Herkunft schon seit einigen Jahren wieder auf das Niveau vor dem Reaktorunfall abgesunken ist, werden auch heute noch in einigen Waldgebieten vergleichsweise hohe Cs-137 Gehalte in Beeren, Pilzen und dem Fleisch von Wildtieren festgestellt.

Diese Unterschiede in der Cs-137 Kontamination sind dadurch bedingt, dass der Transfer von Radiocäsium in Pflanzen auf landwirtschaftlich genutzten Böden durch die Fixierung von Cs-Ionen in Tonmineralen, das hohe Nährstoffangebot und den hohen pH-Wert im Boden nur gering, auf Waldböden aber, insbesondere im Auflagehumus relativ hoch ist. Darüber hinaus finden in Waldökosystemen, neben rein physikalischen (Sorption, Fixierung etc.), auch dynamisch biologische Prozesse (Streueintrag, Zersetzung etc.) statt, die die Kontamination von Vegetation und Wildtieren in komplexer Weise beeinflussen.

Wir untersuchen seit 1986 das langfristige Verhalten von Radiocäsium in ungestörten Ökosystemen, mit dem Schwerpunkt auf “Produkte aus Wäldern”.

Quellen:

IAEA International Atomic Energy Agency, 1991: The international Chernobyl projekt. An overview. Assessment fo radiological consequences and evalution of protective measures. Report by an international advisory committee.
M. De Cort , G. Dubois, Sh. D. Fridman, M.G. Germenchuk, Yu. A. Izrael, A. Janssens, A. R. Jones, G. N. Kelly, E. V. Kvasnikova, I. I. Matveenko, I. M. Nazarov, Yu. M. Pokumeiko, V. A. Sitak, E. D. Stukin, L. Ya. Tabachny, Yu. S. Tsaturov, 1998 and: "Atlas of Caesium Deposition on Europe after the Chernobyl Accident", EUR report nr. 16733, Office for Official Publications of the European Communities, Luxembourg, Plate 1.
Ziffero M., 1988: A post-chernobyl view. in: Harley J.H., Schnidt G.D., Silini G. (eds.): Radionuclides in the food chain. ILSI Monographs. Springer-Verlag; Berlin, Heidelberg: 3-9.