5. Wyniki pomiaru stężenia cezu-137 w drewnie sosny zwyczajnej Pinus silvestris L. i brzozy brodawkowatej Betula pendula Roth.

Wykonanie pomiarów zgodnie z wyżej opisaną procedurą pozwoliło na zobrazowanie zmian stężenia cezu-137 w drewnie sosny i brzozy w woj. opolskim. Stężenie tego izotopu utrzymuje się na poziomie około 2 Bq/kg w przypadku sosny i około 0,5 Bq/kg w drewnie brzozy. Na wykresie 1 widać nieznaczny wzrost stężenia cezu-137 w warstwach drewna sosny zwyczajnej odpowiadających latom 1987 - 1997. Podobny wzrost stężenia nuklidu ¹³⁷Cs obserwujemy na wykresie 2, dla brzozy. Wzrost stężenia cezu na przestrzeni tego dziesięciolecia wynosi 1,1 i 0,3 Bq/kg, odpowiednio dla drewna sosny i brzozy.

Pomiar stężenia ¹³⁷Cs w korowinie wskazuje na jego znaczne wartości. W korowinie sosny zwyczajnej wynosi ono 8,3 Bq/kg, a w korowinie brzozy brodawkowatej aż 37,8 Bq/kg. Jest zatem odpowiednio 4 i 75 razy większe niż stężenie cezu-137 w drewnie. Występuje zatem duża rozbieżność gatunkowa w kumulacji tego nuklidu w warstwie korowej badanych drzew.

Wyk.1 Rejestracja zmian stężenia ¹³⁷Cs w próbkach kolejnych warstw przyrostów rocznych drewna i w korowinie Pinus silvestris L.

Wyk.2 Rejestracja zmian stężenia ¹³⁷Cs w próbkach kolejnych warstw przyrostów rocznych drewna i w korowinie Betula pendula Roth.

6. Wyniki pomiaru stężenia potasu-40 w drewnie sosny zwyczajnej Pinus silvestris L. i brzozy brodawkowatej Betula pendula Roth.

Potas jest pierwiastkiem mającym duże znaczenie w procesach biologicznych, a także decydującym o jakości produktów przemysłu wykorzystującego materiał roślinny. Jego reakcje i mechanizmy rozprzestrzeniania się w przyrodzie są już częściowo poznane.

Na podstawie analizy widma stwierdzono duże podobieństwo w kumulacji izotopu potasu ⁴⁰K w przyrostach badanych drzew. Ponieważ również w widmie promieniowania tła obserwujemy pik dla kwantów gamma pochodzących od ⁴⁰K (wyk.9), przy ustalaniu aktywności próbki odjęto względny przyrost czasowy zliczeń dla tła. W dalszym etapie wykorzystano znany skład izotopowy naturalnego potasu do ustalenia zawartości wszystkich izotopów potasu w drewnie (przy założeniu braku selektywności izotopowej rośliny).

Wyraźne minimum stężenia ⁴⁰K obserwujemy w przyrostach odpowiadającym latom 1987-89 w drewnie obu gatunków (poniżej 5 Bq/kg). Później następuje wzrost stężenia tego izotopu do warstwy 1993-95. W okresie tym, jak i później (w latach 1996-98) wynosi ono 11 Bq/kg w przypadku sosny i około 6 Bq/kg w przypadku brzozy (wyk.3, 4). W obydwu gatunkach maksimum stężenia ⁴⁰K występuje w warstwie korowej (ponad 20 Bq/kg). Jest zatem 2-4 razy większe niż stężenie tego izotopu w drewnie.

Szacowania masy całkowitej potasu wskazują na wahania jego stężenia w granicach 140-783 ppm w sośnie i 60-650 ppm w drewnie brzozy.

Wyk.3 Rejestracja zmian stężenia ⁴⁰K w próbkach kolejnych warstw przyrostów rocznych drewna i w korowinie Pinus silvestris L.

Wyk.4 Rejestracja zmian stężenia ⁴⁰K w próbkach kolejnych warstw przyrostów rocznych drewna i w korowinie Betula pendula Roth.

7. Wyniki pomiaru stężenia Cs-134 w korowinie brzozy brodawkowatej Betula pendula Roth.

W widmie dla próbki korowiny brzozy (wyk.6) zaobserwowano również piki odpowiadające energiom kwantów gamma emitowanych przez cez-134 (głównie 604,7 i 795,8 keV). Nuklid ten ma krótki czas połowicznego zaniku (2,062 lat). Rozpatrując zatem ¹³⁴Cs pochodzący z wypadku czarnobylskiego, można stwierdzić, że w przyrodzie jest go już niewiele. Potwierdzają to pomiary gamma-spektrometryczne na różnych gatunkach roślinnych. Zmierzone stężenie cezu-134 w korowinie brzozy wynosi 36,8 (0,2 Bq/kg).

Obecność ¹³⁴Cs staje się pomocna przy ustaleniu pochodzenia ¹³⁷Cs w tkankach rośliny. Z pomiarów gamma-spektrometrycznych powietrza w okresie po awarii wynika, że stosunek masy ¹³⁴Cs do ¹³⁷Cs w opadzie radioaktywnym wyniósł 0,555 (J. W. Mietelski 1995). Obliczenie stosunku stężeń tych nuklidów dla kory brzozy wymagało redukcji zakłócenia odczytu przez pik aktynu-228. Przyjmuje on tu wartość 0,63 +/-0,08, co odpowiada proporcji określonej dla opadu czarnobylskiego.

Wyk.5 Widmo dla warstwy korowej pnia Pinus silvestris L. (t_p=149880 s, m_p=41,6 g).

Wyk.6 Widmo dla warstwy korowej pnia Betula pendula Roth. (t_p=162240 s, m_p=165,8 g).

Wyk.7 Widmo dla przyrostów 1996-97 Pinus silvestris L. (t_p= 133200 s, m_p=75,6 g).

Wyk.8 Widmo dla przyrostów 1996-98 Betula pendula Roth. (t_p= 164520 s, m_p=219,9 g).

Wyk.9 Widmo dla promieniowania tła w domku spektrometru (t_p= 360000 s).

8. Dyskusja wyników

Wyniki badań pokazują zmiany stężenia radionuklidu ¹³⁷Cs w tkankach wybranych osobników sosny zwyczajnej i brzozy brodawkowatej zebranych w woj. opolskim. Celem pracy nie było bowiem zbadanie średniej zawartości radiocezu w osobnikach rosnących na rozleglejszym obszarze. Otrzymane dane wskazują jednak, że kumulacja tego izotopu w drewnie jest niewielka. Dane dla sosny wykazują niewielką tendencję wzrostową stężenia ¹³⁷Cs w kolejnych przyrostach rocznych. Największe stężenia obserwuje się w korowinie. Wyniki pomiarów aktywności prowadzonych na obu gatunkach wykazują zbieżność. Taka obserwacja uwidacznia dwa możliwe rodzaje kumulacji cezu-137 w drewnie drzew. W niewielkim stopniu ¹³⁷Cs przenika z roztworu glebowego do bieli drewna, powodując wzrost jego stężenia. Nie jest on jednak tak znaczny jak pokazują badania prowadzone na innych terenach. Podczas interpretacji wyników należy zwrócić uwagę na możliwość występowania tzw. "gorących plam" - tj. dużych rozmiarów cząstek zawierających ¹³⁷Cs. Obecność tego typu obiektów w korowinie może umniejszać reprezentatywność badań dla obszaru woj. opolskiego.

Badania stężenia ¹³⁷Cs w sośnie w pobliżu zony czarnobylskiej wskazują na największy wzrost w przyrostach odpowiadających latom 1990-91 (A. Jouve i in. 1998). Jest on kilkunastokrotny i dochodzi do 100000 Bq/kg. Stężenie cezu w zewnętrznych warstwach brzozy dochodzi tam do 4000 Bq/kg. Tak duże aktywności względne należy porównać z wysokim stopniem skażenia powierzchniowego gleby, sięgającym 10⁶ Bq/kg. Wyniki pomiarów wykonanych we Włoszech i Szwecji, na terenach o znacznie niższym skażeniu, wskazują że przechodzenie radiocezu do drzew przez system korzeniowy jest dominujące po kilku latach po awarii (Z. Pietrzak-Flis 1996), co wiąże się z kilkuletnim procesem mineralizacji ściółki. Badania te nie uwzględniały jednak zróżnicowania kontaminacji cezem w przyrostach lecz całkowitą aktywność drewna mierzoną okresowo. Inne badania prowadzone w lasach Białorusi i Ukrainy wskazały na stosunek skażenia drewna do skażenia gruntu (MAEA 1996). Wyniósł on 0,0025 (Bq/kg)/(Bq/m²). Obecnie przeprowadzone pomiary wskazują na stosunek tych wartości równy około 0,00005 (sosna). W przypadku brzozy wyniósł on zaledwie 0,00001. Świadczy to o dużej przenikalności cezu na terenach o wysokim skażeniu i silnej zależności propagacji tego nuklidu od stężenia w glebie. Otrzymane wyniki w związku ze skażeniem Opolszczyzny uwidaczniają inny charakter zmian zawartości radiocezu w drewnie. Prawdopodobnie wynika to z różnic geologicznych, klimatycznych oraz innych wartości skażenia na obszarach uwzględnionych w dotychczasowych badaniach.

Duży udział w skażeniu pnia cezem-137 miało osiadanie aerozoli na powierzchni korowiny. Wysokie stężenie tego nuklidu jest uwarunkowane przez kumulację w korze pierwotnej i oddzielenie od warstw tkanki drzewnej przez perydermę. Stąd bierze się tak duża różnica stężenia cezu w korze i drewnie. Prace badawcze prowadzone na innych terenach również wskazują na dużą koncentrację cezu w warstwie korowiny, która była zawsze bardziej skażona niż pień (Z. Pietrzak-Flis 1996).

W korowinie brzozy brodawkowatej wykryto ¹³⁴Cs, co stało się podstawą do ustalenia pochodzenia radionuklidów cezu w tej warstwie. Po przeliczeniu zawartości tych izotopów na dzień 1. maja 1986 r., otrzymano stosunek ¹³⁴Cs do ¹³⁷Cs równy 0,63 +/-0,08. Świadczy to o tym, że wykryty radiocez ¹³⁷Cs pochodzi wyłącznie z awarii czarnobylskiej. Nie ma znaczącego udziału wcześniejszych skażeń tym izotopem (np. próbnych detonacji nuklearnych). Nie uwidacznia się też biologiczna selektywność izotopowa dla radionuklidów cezu.

Podczas pomiaru zmian stężenia potasu w warstwach drewna uwidocznił się wzrost koncentracji tego nuklidu zarówno w przypadku sosny zwyczajnej jak i brzozy brodawkowatej. Największe stężenie potasu wystąpiło w korowinie. Takie zachowanie potasu wskazuje na niespecyficzną kumulację tego nuklidu (podobną w przypadku dwóch badanych gatunków). Obecność potasu w zewnętrznej warstwie pnia można tłumaczyć dużym zapotrzebowaniem żywych tkanek merystematycznych na ten mikroelement. Jest on m.in. potrzebny do aktywowania enzymów potrzebnych przy tworzeniu wiązań peptydowych (J. Zurzycki i in. 1977). Merystemy jako żywe tkanki roślinne zawierają duże ilości wody, co umożliwia gromadzenie potasu w formie kationów K⁺. Bliskość korowiny stwarza warunki do odkładania potasu w tej martwej warstwie.

Zbieżne wahania stężenia potasu w drewnie to efekt zmiennego zapotrzebowania rośliny na ten nuklid. Potas był odkładany w martwej tkance drzewnej. Procesy wypłukiwania jego kationów nie odegrały znaczącej roli, jako że jest ciągle obecny w drewnie w dość dużym stężeniu. Na wahania ilościowe potasu wpływ też mogły mieć zmiany jego stężenia w roztworze glebowym. Zależność taka jest już jednak mniej prawdopodobna, jako że organizmy roślinne mają zdolność selektywnego pobierania potrzebnych mikroelementów. W glebie występuje zaś stałe stężenie równowagowe kationów K⁺, natychmiast wyrównywane po zakłóceniu tego stanu (J. Zurzycki i in. 1977). Wyeliminować też można zmienne zapotrzebowanie wynikające ze wzrostu roślin, gdyż obserwacja zmian dotyczy obydwu drzew (w różnym wieku i różnych gatunków). Wpływ mogły tu mieć zewnętrzne fluktuacje fizykochemiczne (np. klimatyczne) na badanym terenie, które spowodowały zmiany zapotrzebowania na potas. Rozważania te należy uzupełnić stwierdzeniem, że zbadana zależność zmian całkowitego stężenia potasu (wszystkich izotopów) wynika z założenia stałego składu izotopowego potasu występującego w przyrodzie.

Na uwagę zasługują również doniesienia o możliwym związku transportu potasu i cezu (L. A. Piercow 1976). Trzeba jednak zaznaczyć, że oprócz ¹³⁷Cs w ekosystemie leśnym występują inne, niepromieniotwórcze izotopy tego pierwiastka. ¹³⁷Cs transportowany z gleby stanowi zatem niewielką część cezu migrującego tą drogą. Możliwe jest jednak, że ¹³⁷Cs inkorporowany w postaci pyłów i zdeponowany w korowinie spowodował zwiększenie potencjału osmotycznego potasu przenikającego przez korzenie do płynów ustrojowych rośliny.

9. Podsumowanie

Przeprowadzone badania wskazały na wzrost stężenia cezu-137 w warstwach przyrostów rocznych drzew (sosna zwyczajna Pinus silvestris L. brzoza brodawkowata Betula pendula Roth.) w woj. opolskim. Największe skażenie zaobserwowano w korowinie obu gatunków. W korze brzozy występuje także jeszcze niewielka ilość poczarnobylskiego ¹³⁴Cs. Takie rozmieszczenie tych nuklidów w tkankach rośliny wskazało na duży udział osiadania aerozoli w całkowitym skażeniu pnia. Kumulacja potasu jest niespecyficzna dla badanych gatunków. Zależy od okresowego zapotrzebowania rośliny na kationy potasu, wynikającego z zewnętrznych warunków fizykochemicznych. Największe stężenie potasu występuje w zewnętrznej warstwie korowej-podkorowej. Związek zwiększonej absorpcji potasu w obecności zakumulowanego cezu poczarnobylskiego jest możliwy.

---