Biogeochemistry of uranium in the Southern Baltic ecosystem

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.

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.