Österreichisches Forschungszentrum Seibersdorf GesmbH - OEFZS BER. No. 4216
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OEFZS BER. No. 4216 AV-11/83 APRIL 1983
Österreichisches
Forschungszentrum Seibersdorf
GesmbH
Die Meeresversenkung radioaktiver Abfälle
Teil 3: Versenkungspraxis und Radioökologie
Peter KrejsaAttention Microfiche User,
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P. 0. Box 100
A-1400, Vienna, AustriaÖFZS Ber. No. 4216 AV- 1|/83 April 1983
DIE MEERESVERSENKUNG RADIOAKTIVER ABFÄLLE
Teil 3
Versenkungspraxis und Radioökologie
Peter KREJSA
Österreichisches
Forschungszentrum Seibersdorf
Ges.m.b.H.
Lenaugasse lo A-lo82 Wien
HAUPTABTEILUNG ABFALLVERARBEITUNG
Forschungszentrum SeibersdorfZUSAMMENFASSUNG Die Festlegung der zulässigen Versenkungsraten von radioaktiven Abfällen in die Tiefsee erfordert die Erstellung und Verifizierung entsprechender Modelle, um sicherzustellen, daß die daraus resultierende Dosisbelastung keine unzulässigen Werte annimmt. Die zur Verfügung stehenden Untersuchungs- ergebnisse zeigen, daß die derzeitige Versenkungspraxis zu derartigen Be- fürchtungen keinen Anlaß geben kann. Die Versuche und Modellentwicklungen zeigen aber auch, daß es unwahrscheinlich ist, daß die in die Verteilungs- prozesse involvierten Vorgänge jeweils durch einfache Modelle dargestellt und vorausberechnet werden können. Die Vorgänge sind überaus komplexer Natur, beträchtliche Variationsbreiten für die einzelnen Parameter liegen vor und es ist bereits aus einfachen horizontalen Geschwindigkeitsprofilen zu erkennen, daß eine exakte mathematische Beschreibung des Vorganges nicht leicht möglich ist. Diesen Geschwindigkeitsverteilungen sind aber noch eine Reihe anderer überlagert, die eine mikroskopische Betrachtungsweise für den Zweck einer Synthese unhandhabbar gestalten. Alle Versuche aber, die bisher durchgeführt wurden, zeigen eindeutig, daß das Auslangen mit begrenzenden makroskopischen Betrachtungen gefunden werden kann. Trotz aller Variationen, die etwa bei den Geschwindigkeits- und Richtungsver- teilungen im mikroskopischen Bereich auftreten, sind keine großen Variationen im makroskopischen Bereich zu finden. Die Methode der Meeresversenkung beruht auf der Verteilung der Radionuklide im großen Verdünnungsvolumen der Weltmeere. Es ist dabei nicht so sehr von Belang, wie diese Verdünnung im einzelnen zustande kommt und ob dieser Vor- gang mit allen jahreszeitlichen Schwankungen exakt beschrieben werden kann. Die unterschiedlichen Resultate verschiedener Modelle, die in der Darstellung einer Bandbreite resultieren, können durch entsprechend pessimistische An- nahmen soweit reguliert werden, daß die Auslegungen stets auf der sicheren Seite liegen. Dasselbe gilt auch für andere Effekte wie z.B. die Löslichkeit von Radionukliden gemäß ihren unterschiedlichen Wertigkeitsstufen und dem Milieu in dem sie sich befinden. Auch hier kann durch entsprechende Grenz- wertbetrachtungen einmal die Gesamtmenge adsorbiert an Sedimente und ein- mal vollständig in Lösung betrachtet werden. Die Realität muß irgendwo
II dazwischen liegen. Es ist aber nicht notwendig den tatsächlichen Zustand, der von sehr vielen Faktoren abhängt, zu kennen, wenn sichergestellt ist, daß die Grenzwerte zu keinen unzulässigen Belastungen führen. Vom Standpunkt der Toxizität ist die Zuführung von radioaktiven Abfällen in dem Ausmaß, in dem dies im Rahmen der NEA Versenkungsoperation erfolgt, zweifellos ohne Bedeutung, da die jährlich zugeführte Menge etwa dieselbe Toxizität aufweist, wie die von in der Natur vorkommenden Radionukliden, die pro Jahr von einem Fluß ins Meer transportiert werden. Im Anhang werden die Argumente und Unterlagen diskutiert, die von Green- peace für die Studie zur Verfügung gestellt wurden. Es zeigt sich, daß alle Argumente bei den bisherigen Auslegungsrechnungen von vornherein be- rücksichtigt wurden.
Ill ABSTRACT Sea dumping of low level radioactive waste is a disposal method practised by a number of states, controlled by OECD/NEA. It makes use of the capa- city of the oceans to dilute the radionuclides to levels acceptable con- cerning resulting doseburdens. For the determination of release rates some oceanographic model have been developed, describing the physical behaviour of the released radionuclides. It is not to be assumed that a complete mathematical description of the involved processes can be made. Too many parameters are dependend and varying as there is the chemical behaviour of different valence states, complexing agents, distribution patterns etc. But it can be seen that the existing description methods allow the adäquate modelling of the short and the long term behaviour of the radionuclides. The use of pessimistic assumptions for distribution and reconcentration is sufficient to consider uncertainties of the model. Therefore the arguments of Greenpeace, kindly submitted by this organisation for this study, show no open question, which has not been considered on the sea dumping procedures under surveillance of the OECD/NEA.
IV
INHALTSVERZEICHNIS
Teil 1
I. Einführung X
1. Die Ozeane X
1.1. Wasserbewegungen X
1.1.1. Oberflächenströmungen X
1.1.2. Wasserbewegungen unter der Oberfläche X
2. Physikalische und chemische Parameter des
marinen Milieus
2.1. Temperatur X
2.2. Spezifisches Gewicht und hydrostatischer Druck X
2.3. Beleuchtung X
2.4. Zusammensetzung des Meerwassers X
2.4.1. Salzgehalt X
2.4.2. Gelöste Gase X
2.4.2.1. Sauerstoff X
2.4.2.2. Kohlendioxid X
2.4.2.3. Stickstoff X
2.4.3. Spurenelemente X
2.4.3.1. Nitrat und Phosphat X
2.4.3.2. Silikat X
2.4.3.3. Eisen und Mangan X
2.4.4. Gelöstes organisches Material X
3. Biologische Aspekte des marinen Milieus X
3.1. Klassifikationsschema der marinen Umwelt X
X
3.2. Die organische Produktion
3.2.1. Der organische Stoffkreislauf X
3.2.2. Die Größe der organischen Produktion X
3.2.3. Produktionsbeeinflussende Faktoren X
3.2.3.1. Licht X
3.2.3.2. Temperatur x-
3.2.3.3. Nährstoffe X
3.2.3.4. Die Aufzehrungsrate X
3.2.3.5. Der Jahreszeitenwechsel im Meer XV
Teil 1. i
x
3.2.4. Tägliche Schwankungen der Lebenszonen
x
3.2.5. Anpassungen an das Leben in der Tiefsee
x
3.2.6. Einfluß von Strömungen
x
4. Der Meeresboden
x
4.1. Das Substrat
x
4.1.1. Terrigene Sedimente
x
4.1.2. Pelagische Sedimente _
x
4.1.2.1. Kalkschlämme
x
4.1.2.2. Kieselschlämme
x
4.2. Benthische Populationen
x
4.2.1. Nahrungszufuhr benthischer Organismen
x
5. Das Verhalten von Radionukliden im Meerwasser und
marinen Organismen
5.1. Verteilungsmodelle von Radionukliden im Meerwasser x
5.1.1. Physikalischer Transport innerhalb der Wassersäule x
5.1.1.1. Das Modell von Webb und Morley ' x
5.1.1.2. Das Sheperd Modell x
5..1.1.2.1. Ein einfaches Modell eines endlichen, zirkulierenden x
Ozeans
x
5.1.1.2.2. Anwendungen des Modells und Beschreibung der Ergebnisse
x
5.1.1.2.3. Vertikale Isolierung
x
5.1.1.2.4. Tiefe konvektive Mischung
x
5.1.1.2.5. Die Grenzen der Anwendbarkeit
x
5.1.1.3. Weitere Modelle
x
5.2. Chemische Einflüsse auf das Verhalten der Radionuklide
x
5.2.1. Organisch gebundene Spurenelemente
x
5.2.2. Einzelne Radionuklidgruppen
x
5.2.2.1. Spaltprodukte
x
5.2.2.2. Transurane
x
5.3. Das Verhalten von Radionukliden in marinen Organismen
5.3.1. Tritium x
x
5.3.2. Aktivierungs- und Spaltprodukte "
5.3.3. Transurane xVI
Teil 1 2 3
6. Das Verhalten von Behältern bei den Versenkungs- x
Operationen
6.1. Auslegung und Verhalten von Behältern x
6.2. Allgemeine Anforderungen an die Behälter für die x
Meeresversenkung;
6.3. Abgabe von Aktivität aus den Behältern x
6.4. Erfahrungen früherer Versenkungen x
6.5. Verhalten der Behälter während des Absinkens x
6.6. Verhalten der Behälter am Meeresboden x
6.7. Versuch mit Behältern x
7. Charakterisierung des Abfalls x
7.1. Art des Abfalls x
7.2. Radionuklide im Abfall x
8. Charakterisierung des Versenkungsgabietes x
8.1. Wahl des Versenkungsgebietes x
8.2. Das Versenkungsgebiet x
8.3. Vorhandene Wasserschichten x
8.4. Physikalischer Wassertransport x
8.5. Biologie x
8.6. Tektonische Aktivität x
8.7. Unterseekabel " x
8.8. Mögliche Meeresboden Ressourcen x
8.9. Verkehrsdichte x
9. Die Wirkung von Sedimenten . x
9.1. Die Sedimentationsgeschwindigkeiten x
9.2. Transportmechanismen die zu weitreichender x
Kontamination führen können
9.3. Kontamination mit TRU-Elementen x
10. Versenkungspraxis x
lo.l. Die gegenwärtige Praxis xVII
Teil 1. 2_ 3_
11. Künstliche und natürliche Radioaktivität in der x
marinen Umwelt
11. 1. Das Inventar an Fallout Radionukliden x
11. 2. Das Aktivitätsinventar von Meeren x
12. Radioökologie, Nahrungsketten x
12. 1. Langsames Wachstum und geringe Reproduktionsraten x
12. 2. Bioturbation x
12. 3. Vertikale Wanderung in der Tiefsee x
12. 4. Mögliche Kurzschlüsse zur menschlichen Versorgungs- x
kette
12. 5. Biologie der Tiefsee x
12. 6. Fischerei . x
12. 7. Nahrungsketten in existierenden Fischereien x
12. 8. Ermittlung der Nahrungskette x-
12. 8.1 Nahmngsketten, die die Aufnahme von Nahrung aus dem x
Meer beinhalten
12.8.2. Nahrungsketten, die die Exposition von Menschen berück- x
sichtigen, die an Küsten leben
12.8.3. Gemischte Nahrungsketten x
12.9. Abgaberatengrenzen x
10.lo. Lokale Konzentrationen in Sedimenten x
12.11. Dosisbelastung mariner Organismen x
ANHANG Unterlagen und Diskussion der Argumente von x
Greenpeace gegen die Meeresversenkung- Ill -
lo. VERSENKUNGSPRAXIS
1946 begannen die USA mit LLW Versenkungsoperationen unter der AEC als
Genehmigungsbehörde. Die US-Versenkungsstellen waren im Atlantik (2.800 m)
(gegenüber Maryland-Delaware Küste) und im Pazifik (9oo und 1.7oo in),
(San Franzisko, nahe Farallon Inseln)•gelegen. Der Großteil der Versenkun-
gen wurde zwischen 1946 und 1962 durchgeführt, danach erfolgte die Land-
vergrabung (Shallow-ground-burial). Die genannten drei Stellen wurden mit
dem Großteil an Aktivität beaufschlagt. Mehr als 9o % der Fässer und 95 Z
der Aktivität wurden dort abgesenkt (55 Gallonen Fässer mit Beton und ande-
ren Matrixmaterialien).
Die Versenkungstelle im Pazifik wurde 1957 und 196o, die im Atlantik 1961
untersucht. Es wurden über 11.000 Unterwasseraufnahmen gemacht. Von 1961 -
1974 wurden weitere Untersuchungen durchgeführt. Mit den U-Booten konnten
Abfallbehälter lokalisiert und identifiziert werden. Durchgeführte radio-
logische Untersuchungen zeigen niedrige Dosen von Pu'238, Pu 239, Pu 24o
und Cs-137. /~11 7
Tab. 1 VerSenkungspraxi s US LllJ
Stelle • Tiefe Entf.v. Betriebs- Anzahl v, Geschätzte
zeit 55 Gall.Fässern Aktivität (Ci)
Atlantik 2.8oo 19o 1951 - 1956 14.3oo 41.4oo (ohne Druck-
behälter des Sea-
woolf mit 33.0OO Ci)
Atlantik 3.8oo 32o 1957 - 1959 14.5oo 2.loo
Pazifik
Stelle A 9oo 60 1951 - 1953 3.5oo l.loo
Stelle B 1.7oo 77 1946 - 195o 44.000 13.4oo
1954 - 1965- 112 -
Tab.2 B e r i c h t e t e Meeresversenkungen
Table 2-1
Summary of Reported Sea Dumping of Radioactive Waste /~26 7
Activity
Cauntryi Number of Containers Dumped
Organization Period or Tonnes Dumped* [Curies)
Containers
United States -_ 1946-1960 76.201 93,690
1961 4,087 275
1962 6,120° 473
1963 129 9
1964 114 20
1965 24 5
1966 43 105
1967 12 62
1963 0 . 0
1969 26° 26
1970 2 3
Total 1946-1970 86.758 94,673
United Kingdom 1951-1966 45,000
NEA 1967-1976 113,870 293,380
Alpha Beta-
. Actinides Gamma
Tonnes (Curies) (Curies)
1967 10,340 250 7,600
1969 9,130 500 22.000
1971 3,970 630 11,200
1972 4,130 680 21.600
1973 4,350 740 12.600
1974 2,270 420 100.000
1975 4,460 780 60,500
1976 6,670 880 53.500
Total 45.370 4,380 239,000
Source: IAEA, 1977,
J
A reference container is a 200-liter drum.
Between 1950 and 1962. 52,011 containers were dumped in the Pacific 114,550 curies)
and 33,923 in the Atlantic 179,443 curies).
C
8c[ween 1963 and 1969. 276 containers were ciumpcd in ihe Pacific 1185 curies) and 185
in the Atlantic (40 curies).
Tab.3 Teilnehmende NEA Staaten
Table 2-2
/ 26 /
Participating NEA Countries
Country 1967 1969 1971 1972 1973 /97-f 1975 1976
3oleium X X X X X X X
France X X
Federal Republic
of Germany X
Italy X
Netherlands X X X X X X X
Sweden X
Switzerland X X X X X X
United Kingdom X X X X X X X X
sourres: Working Paper IAEA. Advisory Group Meeting, Vienna. March 19"- 113 -
lo.l. Die gegenwärtige Praxis
Aufgrund der provisorischen Definicion und Empfehlung der IAEA von 1974,
basierend auf der Londoner Konvention wurde festgelegt, daß HLW für die
Versenkung ungeeignet ist, wenn die folgenden Werte überschritten werden.
- lo Ci/t für a aktive Abfälle bei T 1j0 > 5o a
226 -1
(im Falle von Ra dürfen nicht mehr als loo Ci a an einer Stelle
versenkt werden)
1 2
- lo Ci/t für S/y (ohne H- 3), die Grenze für Sr 9o zu Cs 137 ist lo Ci/t
- lo6 Ci/t für H-3
Die Definition beruht auf der Annahme einer oberen Grenze für die Versen-
kung von loo.ooo t a und ist über ein Gewicht von nicht mehr als loo t
zu mittein. Bisher wurden die zulässigen Versenkungsraten in folgendem Aus-
maß ausgeschöpft:
o,l Z für a aktiv
o,l Z für S/Y aktiv
lo"4 für H 3
Zweimal wurden bisher lo % der oberen Grenze für das Gesamtgewicht an Ver-
senkungsmenge erreicht. / 14 /
Tab.4 _
Versenkte Abfälle zwischen 1967 - 1979 / 2 /
Jahr Gesamtgewicht A k t i v i t ä t in Ci H3
t et S/Y
1967 lo.9oo 25o 7.6oo* —
1969 9.180 5oo 22.0O0*
1971 3.97o 63o L1.2oo* —
— *incl.H 3
1972 4.13o 68o 21.6OO*
1973 4.35o 74o 12.600* —
1974 2.27o 42o — loo .000
1975 4.46o 78o 3o,5oo 3o.ooo
1976 6.77o 88o 32.5oo 21.000
1977 5.6oo 95o 36.3oo 31.9oo
1978 8.o4o 1 . loo 43.000 36.600
1979 5.415 1 .415 4o.925 42.25o
65.o85 8 .345 258.225 261.75o
198o 8.391 1 .855 83.o92 98.135 NE(8oH8- 114 -
Geschätzte Zusammensetzung der versenkten Abfälle _/_ 2_/
Radionuklid Ausmaß in dem das Radionuklide in der
jeweiligen Kategorie vorhanden ist in %
H- 3 IOQ
a
Pu 238
Pu 239 9o - loo
Pu 23o
Ra- 226 o - 1,3
B/Y
c •].4 o - 2,5
Mn 54 o,6 - 7,4
Co 58 o,4 - 16
Co 6o 5 - 6o
Sr 9o 13 - 4o
Rn •Io6 o-5
Cs 134 3 - 3o
Cs 137 22 - 4o
Cs 144 2,2 - 6,6
Ir 192 o - 2,7
Pu 241 o-76
Tab.5 _ _
Vergleich der versenkten Abfälle mit den IAEA-Werten 111
Gesamtmenge max.Versenkungs- mittlere Ver- IAEA 'Abga- % der IAEA
Gruppe ohne Zerfall menge pro Jahr senkungsrate begrenze Abgabegrenze
Ci Ci a" 1 Ci a" 1 Ci a" 1
8,3 . lo 3 1,4 . lo 3 75o lo5 o,8
4
Ra-Gruppe loo lo lo lo 0,1
5
2,5 . lo 4,3 . lo 4 3,2 . l o 4 lo7 o,3
5 5 4 11
H 3 2,6 . lo 1 . lo 4,3 . l o lo 0,1
Die berechneten Dosen für die meisten exponierten kritischen Gruppen basieren
auf den gegenwärtigen mittleren Versenkungsraten, betragen nicht mehr als 0,1 %
der ICRP Dosisgrenzen (weniger als o,5 mrem a ) und weniger als 1 % der mittle-
ren Dosis, die auf natürliche Radionuklide zurückzuführen ist. Sie bewegt sich
innerhalb der Änderung des natürlichen Untergrundes.- 115 - Die tatsächliche Dosis wird wahrscheinlich niedriger sein als die berech- nete. Allerdings gibt es derzeit keine Möglichkeit die involvierten ozea- nischen Prozesse so zu quantifizieren, daß eine genauere Rechnung möglich wäre.
- 116 - 11. KÜNSTLICHE UND NATÜRLICHE RADIOAKTIVITÄT IN DER MARINEN UMWELT Die Versuchspraxis und -auslegung muß zweifellos im Zusammenhang mit dem bereits vorhandenen Radionuklidinventar der Meere gesehen werden. Unabhän- gig von den resultierenden Dosisbelastungen aus den Versenkungsoperationen, die Gegenstand einer Nahrungskettenanalyse und generell der Pathwayanalyse sind, kann durch einen Vergleich über vorhandenes Radionuklidinventar und den durch die Versenkung zugeführen Aktivitäten ein Gefühl für die relative Signifikanz dieser Operationen gewonnen werden. Nicht unwesentlich dabei, wenn auch nicht als Argument dienend, ist ein Überblick bezüglich der Ver- wendung von Tritium in der Uhrenindustrie. So werden in den USA durch einen einzigen Hersteller 600.000 Ci H 3 in 3 Millionen Uhren umgesetzt. In der BRD wird mit 45o.ooo Ci H 3 pro Jahr im Abfall gerechnet. In der Schweiz werden pro Jahr 39o.ooo Ci H 3 zur Herstellung von Uhren eingesetzt (im Vergleich dazu: 6.000 Ci H 3 wurden aus den KKWn der BRD freigesetzt)./_ 29^_ In den Tabellen 6, 7, 8 sind die Konzentrationen natürlich vorkommender Radionuklide im Oberflächenwasser der Meere, Strandsanden, Sedimenten und marinen Organismen dargestellt. Tabelle 9 zeigt die Konzentration der haupsächlichen Radionuklide aus dem Fallout und Tabelle lo die der Radionuklide aus dem Fallout in marinen Orga- nismen und Sedimenten.
- 1L7 -
Tabelle 6: TABLE I. CONCENTRATIONS OF NATURAL RADIO-
NUCLIDES IN SURFACE SEA WATER
Radionuclide- Concentration, pCM Reference
3
H 0.6-3 1
w
c 0.2 3
320 -
37
Rb 2.9 -
233
u 1.2 4. a
23
*u l."3 4, 5
230
-m (0. 6-14) x 10*4 " 6. 7
228 4
( 4 - 4 . 5 ) X 10~" 3, 9, 10
Ra
222
Rn =» 2 X 1 0 " 2 5
a0
Ph (1-6.3) xlO* 4 11. 12. 13. 14
(0.6-4.2) xio"" 13, 14. 15. 16, IT
232
Th (0.1-7.3) x i o " 4 6. 7, 13
^Ra (0.1-10) x 10"2 19
-9Th - (0.2-3.1) x lo" 3 6. T
23S
u 5 x 10""
Tabelle 7:. •
TABLE II. TYPICAL CONCENTRATION OF URANIUMv THORIUM AND POTASSTVM IN nF-\Ci! SANDS.
COMMON ROCK TYPES .AaND DEEP OCEAN SEDIMENTS'.-•''. ::n - ::1!
23Sy ^
Material U, ppm Th. ppm "Th . K. "r
pCI-g"1 pCI-g" 1 PC
Beach sands .1.0 1.0" 0.0.5 5.4 0. fin 0.:,:/ 2.7
Granite .5.0 1.7 0.03 13 » 32
Shale 3.7 1.2 o.or, 12 I. 1.7 14
Limestone 1.3 0.43 0.02 1.1 1). 12 it. ^ 1.7
Sandstone 0.4.5 0 . I."» O.Hl 1.7 1, ,..,! .:. 0
Basalt i"). . 5 0 . 0. IT rj. t i l :.o ". -- 11 •; "f. —
D N'DA NOA- 118 -
Tabelle 8:
TABLE III. TYPICAL CONCENTRATIONS OF NATURAL RADIONUCLIDF.S IM MARINE ORGANISMS.
pCl-g" 1 wet
Part 1
Isotope Phytoplankton Ref. Zooplankton Ref. Molluaca Ref.
-.1 -3 -3
H (0.5-2.7) x 10 (0.3-2.7) x 10 (0.Ö-2. 71 x 10
0. .1 0.3 0. .I
2.'.)
37
Rb NDA - NDA - 5 x in W
238[J
(4-5) x 10*" .-> (1-2) x l o " ' 5 NDA
234
Ü (4-3) x io"" 3 (1-2) x i o " 2 3 NDA
228
Ra 2xio"2 D 2 x 10" 2 9 NDA
210
Pb (1-7) x i o " 1 14 (1.0-23) x 10 "" 14 . in. 37 (5-10, x in"'1 13
210
Po (4-17) x IO" 14, 35 (3-110) x lu"" 14 , 1.", 3Ö. 37 (4-U) x io" 13
2n2
Th NDA - NDA - NDA
223
Th (7-54) X It)""1 36 (2-22) x in"' 1 .in NDA
2
"V • 2 x 10 - SX10"4 - N'DA ,-
Part 2
Isotope Cmstacea Lief. Flsh Ref.
3
3
II (0.5-2. 7) x io" - (0. 5-2.7) x ID
14
0.6 0.4
4
°K
iT
Rb 4X10 * ) X 10 40
233
U NDA (0 . 0 7 -30) X 10 41. 42
234
U NDA 10 .OS -:.ö) X 10 - • • ' 41. 42
228 4
Ra NDA Sott tissue (2-51) x 10 "
210 4
Pb (4-7) x lu" 13, 13 Flesii (2-23) x 10 " 13. 1.'.. 37
Stomach (17-H5I), x 10" :! 13
Liver ( l i - 2 4 ) x U)" :i 13. 15
:!
Bone I!)-..™ X 1D" 13. tr»
210 -1
Po Whole animal (4-18) x lo 13. 15 Flesh (4-1400, x In 13. 1-". 17. 3
1
Lobster hepatüpancreaa 12 Stomach (2-2«) X 111" 1.5
Liver (2-Ü. x It)" 1 13. 15. 3!l
Bone (2-22) K l o " - 13. I."
•"»'JO
Tli NDA NDA -
22b _
TV) NDA NDA- L19 -
Tabelle 9:
TABLE,VI. CONCENTRATIONS OF THE MAJOR FALLOUT RADIONUCLIDES fN SURFACE SEA
-1
Location Average concentration and/or range. pCI-l
90, w 233_
Sr .3H c Pu
N Atlantic Ocean 0.13 (0. 02-O. 30) 0. 21 (0.03-0.30) 4ä (31-74) 0.02 (0.01-0.04) ( 0 . 3 - 1 . 2 ) X lO" 3
S Atlantic Ocean 0.07 (0.02-0.20) 0. 11 (0.03-0.32) 19 (1G-22) 0.03 (i). 02-0. 04) 0 . 2 x ID"'5
Indian Ocean 0.10 (0.02-0.13) 0. 16 (0.0.1-0.24) NDA NDA N-DA
NW Pacific Ocean 0.54 (0.07-3.1) 0. 36 (0.11-5.0) 29 (6-70) 0.03 (0.02-O.D 3) ( 0 . 1 - 1 . iy x 10"' 1
SW Pacific Ocean 0.03 (0.01-0.20) 0. 13 (0.02-0.32) 3 (0.7-22) NOA NDA
NE Pacific Ocean 0.27 (0.05-0.53) 0. 43(0.08-0.93) 44(10-240) 0.03 (0. 00-0.04) ( 0 . 1 - 1 . 3 ) x 10"•1
SE Pacific Ocean 0.09 (0. 03-0. 33) 1). 14 (0. 05-0. 53) 3 (0. 3-34) 0.01 fi). oo-rt. o:n NDA
North Sea 0.50 (0.31-0.07) 0. 30 (0.50-1.55) NDA NDA NDA
3altic Sea 0.71 (0.36-1.0) 1. 1 (0. iiS-l.G) NDA NDA NDA
Black Sea 0.47 (0.07-0.78) 0. T3 (0.11-1.23) NDA NDA NDA
Mediterranean Sea 0.23 (0.09-0.33) 0. 37 (0.14-0. 51) NDA NDA NDA
Calculated from the Sr values on the assumption that the activity ratia ' ' Cs/ Sr = I. r.--> '.
Tabelle Xo: '
TAI1LS VII. CO.NCSMTHA-nONS OF FALLOUT RAOIONUCLJDES IN MARINK ORGANISMS AND SEDtMrNTS. p C I - * ' 1 wet
Part 1
[jatop* Püytoolankton Rel. Zooplankton He(. Total Rei. Molluaea Ref.
plankton
Mn 0. 1-0. 4 o. o2-o.: j . .1 SK o . .•>-- 12o -
11.1. Das Inventar an Fallout Radionukliden beträgt nach 111
H 3: 2900 MCi von denen etwa 80% in den Meeren der nördlichen
Hemisphäre sind
C 14: 5,8 - 6,2 MCi
Sr 90: Globale Dposition ", 16 MCi davon 75% in der nördlichen
Hemisphäre
Cs 137: 12,7 MCi
Pu 238,239,240,241: Pu 239,230: 35OkCi
Pu 241: 45OkCi
Pu 238: 21,6kCi
80% in der nördlichen Hemisphäre
Am 241: 272kCi
Nordatlantik: 660 MCi H- 3 (66 kg T = 640 MCi)
2.257 kCi Sr 90
3.272 kCi Cs 137
63 kCi Pu 239,240
390 kCi Pu 241 (1979)
14,4 kCi Am 241 (1979)
Von den Wiederaufarbeitungsanlagen in UK und F wurden folgende
Aktivitäten an die Meere abgegeben (2)
Tab. 11:
Jährliche Abgabe von a - Aktivität in fl.'Effluenten aus WA
Anlage • Wasserkörper Akt. C L
1972 1973 1974 1975 1976
Dounreay Atlantik 35 19 12 23 11
Windscale Irische See 376o 4896 4572 23o9 1614
La Hague Kanal 3,1 3,6 27 13,3 9,51
Tab. 12:
JährlicheAbgabe von 3 - y Aktivität
Anlage Wasserkörper Akt. Ci
1972 1973 1974 1975 1976
Dounreay Atlantik 18ooo 1 7ooo 554o 552o 137o
Windscale Irische See 14oooo 127ooo 2o7ooo 245ooo 183ooo
La Hague Kanal 1 I600 137oo 253oo 319oo 193oo- 121 -
Tab. 13:
Jährliche Abgabe von H-3
Anlage Wasserkörper Ak t . Ci
1972 1973 1974 1975 1976
Dounreay Atlantik 000 9oo 6oo 6oo Io4
Windscale Irische See 33569 2ol23 32396 37952 3256o
9 9 9 9 9
La Hague Kanal
Eine Aufschlüsselung in verschiedene Radionuklide der jährlichen
Abgaben aus Windscale ist in Tabelle 14 dargestellt:
Tabelle 14:
TAIW.E XL ANNUAL TISCÜARGES 0 1 " RADIOACTIVITY i C h T O T H KS K A F I K ' M «'INI » V A Ll*l:!l
! Mi I::: l
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1: 4
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T h u s e v a l u e s . i r e loast-d on flata s u p p l i e d t o '.lie F i s h e r i e s [- 122 -
11.2. Das Aktivitätsinventar von Meeren
Stellt man die wichtigsten Radionuklide zusammen,so erhält
man für die spez. Aktivität von Meerwasser in pCi 1 (30)
Tabelle 16:
Radionuklid pCi r1
Ra 226 o,o4 - 16
ü 2>38 l
Th 230 5.10 -3
Th 232 io"5 - 10-2
Ra 228 i o " 4 - o» o45
Th 228 2.10~5 - 7 .lO"3
K 40 330
Rb 87 3
Pb 210 o,o45 - o ,o54
Der Gehalt an Natururan . 'ist im Mittel für die Ozeane:
2,7 - 3,4 pg l"1 (1 pb U » o,33 pCi U 238 o,ol53 pCi,
o,33 pCi U 234)
Das Volumen einiger Meere ist gegeben durch:
Karibik: 4,3.10 km ' mittlere Tiefe: 2,2 km 9,46.106 km 3
Atlantik: 82.!06 km 2 : 3,3 km 2,7.108 km 3
6 2
Mittelmeer + 3.1O km : 1.4 km 4,2.IO6 km 3
Schwarzes Meer:
Pazifik: 180.106 km 2 : 4 km 7,2.108 km 3
6 2
ind. Ozean: 75.10 km : 3,9 km 2,9.IO8 km 3
1 ,29.109 km 3
(1,29.10 cm )
Das Gesamtmeervolumen wird mit 1,4.1024 cm ( *-' 1,4.10 1) angegeben
Das Gesamtaktivitätsinventar beträgt damit für einige Radionuklide:- 123 - Tabelle 17: Radionuklid Aktivität Ci Ra 226 1.4.108 U 238 1.4.1O9 K 40 4.6.1011 Rb 87 4,2.IQ9 U nat 4,2.1015 g H 3 3.1O9 Radionuklidtransport durch 'Flüsse (3o) Tabelle 18 zeigt den durchschnittlichen Gehalt von Flußwasser für verschiedene Radionuklide. Tabelle 13: Radionuklid pCi l"1 Ra 226 o,ol - 2 U 238 o,.ol5 - 1 Th 230 7.10~3 Th 232 10~3 - 10" 2 Ra 228 5.10~ - o,2 Th- 228 6.1O"3 - o,ol3 In Tabelle 19 (30) ist der K 40 Gehalt in verschiedenen Flüssen dargestellt. Tabelle 19: Fluß pCi r1 Rhein 4.3 - 13 Weser 17 - 85 Main 4 - 15 Rhone 1,4 - 1,9 Loire 2,9 Seine 3,8 - 5,1
- 124 - Der Gehalt von U beträgt im Rhein zwischen o,5 - 1,28 pg 1 und in der Donau 1,3 - 4,7 pg 1 ./_ 3o_/ Ein Fluß mit 2oo m Breite, 3 m Tiefe und einer Strömungsgeschwindigkeit von 6 km/h transportiert pro Jahr 3,15.lo 1 Wasser und damit 6o Ci Ra 226, 31 Ci ü 238, 3oo Ci K 4o etc. Ein direkter Vergleich der in der Umwelt vorkommenden Radionuklide aus natürlichen und künstlichen Quellen ist wegen der verschiedenen Radio- nuklide naturgemäß nicht möglich. Doch können die Radionuklide über ihren Risikoindex (Wasservolumen das zur Verdünnung auf die höchstzu- lässige Konzentration erforderlich ist) verglichen werden. Tabelle 2o: Radionuklid Ri (m3/Ci) ü 238 1.7.1O5 Ra 226 1.107 Rb 87 103 Sr 90 2,5.105 I 131 5.IO4 Cs 137 5.1O3 Co 60 2.1O3 Zr 95 1.7.1O3 Rn 106 io4 Für H- 3 ist ein direkter Vergleich möglich. Die jährlichen Abgabemengen von WA.- Anlagen und Meeresversenkung liegen in der Größenordnung von 100 000 Ci a-1 das entspricht dem 3.10 fachen der Menge an natürlichem H-3*. In Tabelle 21 ist eine Gegenüberstellung der Radionuklide des Gesamt- aktivitätsinventars der Meera zur zusätzlichen Abgabe aus WA-Anlagen und dem KKW Gundremmingen, sowie dem durch den Fluß zugeführte Aktivität dargestellt. (K -4o und weitere Elemente wurden nicht berücksichtigt) .
- 125 -
Tabelle 21:
R.-Meer R.-Windscale Gmuiremmingen Fluß a"1
(h72) (1969)
ü-238: 2,38.10 14
Sr 90: 3,8.1O9 Sr 90: 21,25.10 Ra 226: 6.1O8
Ra 226: 1,4.IO15 Zr-95: 4,3.10 Co 60: 1,8.10" U 238: 5,3.IO4
Rb 87: 4,2.1012 Ru 106:3,05.IO8 I 131: • 3,5.IO4
Cs 137:1,74.IO8 Cs-137: 1,1.IO3
1,64.IO10 4,3.IO9 5,9.IO4 6.1O8
Im Fall von Windscale müssen noch die abgegebenen Aktivitäten(a }•
zugerechnet werden, die in Tabelle 14nichc enthalten sind, gemäß (2)
aber für 1972 3760 Ci betragen (Im selben Zeitraum wurden von Dounreay
35 Ci a-Aktivität und von La Hague 3,1 Ci ex-Aktivität abgegeben)
Auf 3asis Pu-239 entspricht von einem R. von 7,5 10 m , was also
9 L
den Gesamtrisikoindex nur auf 4,37.10- erhöht.
Aufgrund dieser Darstellung ist zu erkennen, daß die von Windscale ein-
gebrachte Aktivität etwa 1 Millionstel des Risikoindex der Gesamtmeeres-
aktivität beträgt. Da insbesonders für die Verbreitung von Radionukliden
im Meer Langzeitbetrachtungen zumeist der kritische Auslegungspunkt sind,
ist die Beziehung auf das Gesamtaktivitätsinventar der Weltmeere wohl an-
gebracht. Der jährliche Risikoindex aus Windscale beträgt weniger als
das lo-fache der Radionuklidlast eines Flusses. Der Betrag eines Kern-
kraftwerkes ist überhaupt zu vernachlässigen.- 126 -
12. RADIOÖKOLOGIE, NAHRUNGSKETTEN
Vor etwa hundert Jahren konnte erstmals Leben in der Tiefsee nachgewiesen
werden (3.ooo m) bis dahin hatte man angenommen, daß sie ohne Lebewesen sei.
Heute kennt man Lebewesen bis in Tiefen von ll.ooo m.
Die Tiefsee repräsentiert eine Fläche von etwa 80 Z der Gesamtmerresfläche
und ist am wenigsten erforscht. Derzeit gibt es noch keine Methode zur Er-
haltung von Daten für tiefe benthische Organismen. Mathematische Modelle
müssen aber auch den dort möglichen biologischen Transport beinhalten.
Allerdings zeigen viele der bisher vorliegenden Daten, daß die alte Vorstel-
lung einer Umwelt, in der Vorgänge langsam verlaufen und die relativ dünn
besiedelt ist, richtig ist. Es gibt aber auch einige Anzeichen, daß es nicht
gerechtfertigt ist, die Tiefsee völlig anders geartet und ohne Beziehung
zum seichteren Küstenwasser zu sehen.
Mit zunehmender Tiefe und zunehmender Entfernung vom Land wird die benthi-
sche Fauna dürftiger, sowohl was die Zahl ihrer Individuen als auch die
Zahl der Arten betrifft. Dies wird auch bei Untersuchungen bestätigt. Doch
konnte durch verbesserte Sammlungstechniken gezeigt werden, daß keineswegs
eine Artenarmut vorliegt, daß sogar manche Gruppen durch mehr Arten reprä-
sentiert werden als dies im Seichtwasser der Fall ist. Allerdings ist die
Zahl der Individuen sicherlich geringer. Zusätzlich besteht die allgemeine
Tendenz, daß auch die mittlere Größe der Organismen abnimmt. Somit liegt
eine beachtliche Verringerung der Biomasse vor. l_ 8, 11_/
-2
Das Gesamtgewicht von bodenlebenden Organismen nimmt von lo - loo g m
_2
am kontinentalen Schelf auf 1 - lo g m am kontinentalen Abhang bis auf
_2
o,l - 1 g m in der Tiefsee ab. Diese Änderungen in der benthischen Bio-
masse folgen allgemein Trendbewegungen in den Mittelwassergemeinschaften
darüber, da die Pflanzenphotosynthese auf gut beleuchtete Meeereschichten
(einige lo m) beschränkt ist. Wegen der Verfügbarkeit von Nahrungssalzen
ist die Pflanzenproduktion im allgemeinen auf die kontinentalen Schelf-
Regionen beschränkt, doch kann infolge hydrographischer Bedingungen durch
Vorhandensein von nahrungsmitcelreichen Wasserschichten auch in tieferen- 127 - Schichten ein reicheres Benthos resultieren. Allerdings kann in Mitt-Ozean Gebieten die benthische Population auch geringer sein als üblich. So ist im zentralen Nord-Pazifik und in Teilen des Mittelmeeres die benthische Biomasse bei o,ol - o,o5 g m . l_ 8_/ Zusätzlich zum Wissen um die geringe Biomasse in den betrachteten Gebieten ist es auch erforderlich die Geschwindigkeit zu kennen, v\t der Energie durch das System geht. Die direkte Messung des Metabolismus des Wachstums und der Reproduzierungsfaktoren im Tiefseewasser ist außerordentlich schwie- rig. Die Technologie, um benthischen Tieren das Leben unter ihren Normal- bedingungen zu ermöglichen, wird entwickelt. Für mikrobiologische Organis- men besteht sie bereits. 12.1. Langsames Wachstum und geringe Reproduktionsraten Jede tierische Gemeinschaft, die aus irgendwelchen Ursachen eine hohe Mortalitätsrate aufweist, besteht hauptsächlich aus jungen Individuen. Zusätzlich tendieren die Tiere dazu, früh zu reifen und eine- große An- zahl von Jungen zu produzieren. In der Tiefsee liegt eine völlig anders geartete Situation vor. Die benthische Population wird von der Gruppe größerer Tiere dominiert und produziert eine geringere Nachkommenschaft als ihre seichter lebenden Verwandten. l_ 8_/ Diese Populationscharakteristik wird interpretiert als geringe Mortali- tät und geringe Wachstumsraten. Tiefseeorganismen leben länger als die aus seichten Bereichen. Ist in seichten Gebieten das Vorhandensein von Saisonunterschieden in Lichtintensität, Temperatur und Futterangebot gegeben und hat das seine Auswirkungen auf das Wachstum und den Skelettaufbau, der zu Altersbestim- mungen herangezogen werden kann, so ist in der Tiefsee die Saisonvariabi- lität reduziert oder gar nicht vorhanden. Über radiometrische Altersbe- stimmungen kann gezeigt werden, daß für manche Tiere die Reife erst mit 5o - 6o Jahren einsetzt und eine Lebenserwartung von loo Jahren vorliegt.
- 128 -
Ein weiteres Anzeichen für die geringe biologische Aktivität in der Tief-
see ergibt sich aus Rekolonisationsexperimenten, bei denen Sedimente aus
denen die Fauna entfernt wurde, eingesetzt wurden (1.76o m Tiefe). Nach
2 und 26 Monaten enthielten diese Proben nur einen geringen. Bruchteil der
umgebenden Fauna, sowohl was die Zahl der Individuen als auch die Arten
betrifft. Im Gegensatz dazu wurde bei einem Versuch, der in seichtem Was-
ser ausgeführt wurde, bereits nach 2 Monaten fast ebensoviele Individuen
und Arten wie in der Umgebung gefunden. Zusätzlich waren in der 2 Monat-
Probe des Seichtwassers alle Altersstufen vertreten, während die Tiefsee-
probe selbst nach mehr als 2 Jahren nur von Jungtieren bevölkert war. l_ 8__/
Tabelle 22: Population
lo m Tiefe 1.76o m Tiefe
Kontrollprobe 2 Monate Kontrollprobe 2 Monate 26 Monate
Individuen m 48.375 35.714 5.189 16o 536 - 546
Anzahl d. Arten 61 47 Io3 14 lo - 31
12.2. Bioturbation
Bioturbation ist die Störung der Sedimente durch darin, darauf oder nahebei
lebende Organismen. Diese Störung beschränkt sich normalerweise auf einige
zehn Zentimeter nach der Wasser-Sediment-Grenzschicht, kann aber Bedeutung
erlangen bei Resuspension von Abfall. In seichten Gebieten ist die Bioturba-
tion weit verbreitet und betrifft viele Tiergruppen.
Auch für die Tiefsee liegen die Anzeichen für derartige Mechanismen vor
(allerdings weit weniger, da die Faunadichte geringer ist). Derartige
Mechanismen können sowohl einen vertikalen als auch horizontalen Transport
von Radionukliden bedingen.
Aufgrund neuerer Untersuchungen konnte die Existenz einer Reihe von größeren
Tieren in der Tiefsee festgestellt werden. Viele dieser Tiere beziehen ihre
Nahrung aus1den-benthischen Organismen, doch sind sie besonders darauf ein-
gestellt die Nahrung zu sich zu nehmen, die ihnen aus den höheren Meeres-
schichten durch Absterben von Tieren zukommt. Da eine derartige Verpflegung
nicht regelmäßig erfolgt wird angenommen, daß z.B. die Fortpflanzung in An-
schluß an derartige Nahrungszufuhren erfolgt. Auf der Suche nach Nahrungs-- 129 - mittel können die Tiere auch über relativ weite Strecken herankommen. (Im Versuch wurde nachgewiesen, daß sie oft erst einige Stunden nach dem auftreffenden Objekt am Meeresboden auftauchen.) Auch durch deratige Mecha- nismen kann eine horizontale und eventuell auch vertikale Verschleppung von Radionukliden erfolgen. l_ 8_/ 12.3. Vertikale Wanderung in der Tiefsee Viele Mittelwasser-Organismen unternehmen vertikale Wanderungen.' Einige da- von haben eine relativ lange Zeitkonstante, in dem verschiedene tiefe Hori- zonte zu verschiedenen Jahreszeiten eingenommen wurden. Bei anderen gibt es eine Bewegung während der Nacht zur Oberfläche und untertags hinab. Diese Wanderungen hängen vom Lichtzyklus ab. Wanderungen können sich über l.ooo m erstrecken. Allerdings fehlt unterhalb von 2.ooo - 2.5oo m Tiefe der Hin- weis auf derartige dem Tagesrythmus angepaßten Bewegungen. Für Vertikal- wanderungen, die aus anderen Ursachen bedingt sind, häufen sich aber die Er- fahrungswerte. /_ 8_/ Die Ernährungsgrundlage der Meeresfauna bilden die ausschließlich in dem Bereich zwischen Meeresoberfläche und einer Tiefe von etwa 4oo m lebenden pflanzlichen Organismen. Bei den Tieren ist zu unterscheiden zwischen der Lebensgemeinschaft des Pelagiol (im freien Wasser lebend) und der des Benthos (am Boden lebend). Die Tiere der tieferen Meeresschichten müssen, sofern sie nicht Räuber sind, ihre Ernährung aus dem stetigen Regen herabsinkender toter Pflanzen und Tiere bestreiten. Die Arten- und Individuenzahl nimmt mit der Tiefe, ab. In 4.ooo - 5.000 m Tiefe liegt nur noch etwa l/lo des in 2oo m Tiefe vorhandenen Bestan- des vor. Wie weit ein vertikaler biolagischer Transport nach oben möglich ist, ist heute noch nicht genau bekannt. Die Aufnahme und der Transport von Nährstoffen und damit auch von Radionu- kliden erfolge nicht nur durch "Fressen und gefressen werden", sondern auch durch die Aufnahme von StoffWechselprodukten direkt a\i& dem Wasser.
- 13o -
Der Umfang des biologischen Vertikaltransportes ist abhängig von den
jeweiligen Bedingungen des Lebensraumes. Die Primärproduktion ist
in einzelnen Meeresgebieten sehr unterschiedlich. Im Versenkungs-
_2
gebiet der NEA wurden sie zu 380 - 150 mgC/dm gefunden. Die Benthos-
2 _ _
biomasse beträgt im selben Gebiet zwischen 1 - 10 g Feuchtgewicht/m . l_ 23_/
Tabelle 23:
Radionuklidkonzentration in pCi/kg Trockengewicht(aus dem derzeitigen
Versenkungsgebiet) l_ 23_/
Radionuklid Plankton t Nekton Benthos Sediment
Be 7 320 —
K 40 8000 9600 3
12
Mn 54 19 10
Co 60 10 28 14
Sr 90 — 29 3
Ru 106 70 220
Sb 125 28 120 29
Cs 137 15 30 22
Ce 144 240 120
Th 227 — — 190
Th- 234 6200 8600
Pa 234m 7500 6500
Ac 228 — 480 190
Ra 223 — — . 150
Ra 226 1320 1
1500
1900
Die Herkunft der Aktivität ist zweifellos im wesentlichen auf Fallout
zurückzuführen. Lediglich Mn 54 (T.,_ = 314 d) könnte auf eine Aus-
laugung zurückzuführen sein, was aber unwahrscheinlich ist, da nur
im Gebiet III gefunden (die Versenkungen wurden 1967 durchgeführt).
In/.17_/ zeigen die benthischen Organismen die höchsten Pu-Werte,
wobei auch hier eine Abnahme mit dem Abstand vorliegen dürfte.- 131 -
Die Akkumulation war mit einem Faktor 10 höher als in anderen
Arten. Die Pu-Konzentration in den Organismen waren um einen
Faktor 30 -150 höher als in ähnliche Organismen, die nur vom Fallout
akkumuliert haben. (Es wurde keine Korrelation mit dem Alter durchge-
führt)- £\ 7 _7
90 239
Nur bei area Fleisch konnte erkannt werden, daß das Sr/ Pu-
Verhältnis niedriger war als das des Seewassers, bei den anderen Organismen
etwa gleich, (zeigt an, daß keine Diskriminierung von Pu relativ zu
Sr stattfindet), das könnte auf eine Nahrungskette Sediment - area hin-
weisen. _/_ 17__/
Zwei Aspekte der biologischen Prozesse sind hinsichtlich der Lagerung
radioaktiver Abfälle von Bedeutung. Erstens kann das Ökosystem durch
radioaktive Kontamination Schaden erleiden. Zweitens besteht die
.Möglichkeit, daß Nahrungsketten zum Menschen existieren, die einen Kurz-
schluß der erwarteten Kette über den Transport zum Oberflächenwasser
und Konsumation über die Nahe-Oberflächenfischerei ermöglichen. _/, 3 _/
12.4. Mögliche Kurzschlüsse zur menschlichen Versorgungskette
Die Wahrscheinlichkeit dafür wird als klein angenommen. Dies aus der
Begründung, daß der Nahrungsstrom im Meer hauptsächlich nach unten
gerichtet ist. Es wird jedoch empfohlen, für den Fall, daß die Aktivi-
tätszufuhr fortgeführt wird, jene Arten zu überwachen, die von der Tiefsee
in fischbare Regionen dringen können.
Insbesonders muß darauf hingewiesen werden, daß eine sorgfältige
Überlegung bezügliche möglicher Wege angestellt werden muß. Als
Beispiel möge das Sargassum-Kraut der Sargasso-See dienen. Dieses konzen-
triert Pu aus dem Oberflächenwasser, große Mengen werden jährliche in
Bermuda an Land geschwemmt. Ein Anteil davon wird gesammelt und als
Düngemittel verwendet, der andere Teil verrottet am Strand und hinter-
läßt dort Pu. Auf diese Weise könnten also unerwartet Radionuklide
nahe zum Menschen gebracht werden.- 132 - 12.5. Biologie der Tiefsee Zwei Aspekte scheinen hier von. Bedeutung -unmittelbare Effekte bei Ankunft der Behälter am Meeresboden -ab die Tiefseefauna eine höhere Radiosensitivität aufweist als die des Flachwassers. Die Ankunft von jedem Material am Meeresboden stallt eine Diskontinui- tät dar. Es ist bekannt, daß sich Fische im seichten Wasser bei Dis- kontinuitäten ansammeln, ähnliches kann man auch für die mobilen Tiefseespezies erwarten. Die Behälter können die Oberfläche für die Kolonisation, durch vessile Tiere bilden, die ihrerseits die Basis für die Nahrungsketten mobiler Arten darstellen. Es kann jedoch ange- nommen werden, daß eine derartige Ereigniskette für den Transfer von Radionukliden zum Menschen durch Fische direkt über der Versen- kungsstelle unwahrscheinlich, ist. Befindet sich außerdem die Lager- stelle tiefer als die Fischereitiefe beträgt, so wird die Wahr- scheinlichkeit einer direkten Nahrungskette zum Menschen noch weiter verringert. Die Wahrscheinlichkeit, daß Tiefseespezies empfindlicher gegenüber radioaktiver Strahlung sind als solche im seichten Wasser, ist nicht gegeben, da Arten mit niedrigen meta- bolischen Umsätzen weniger strahlenempfindlich sind als solche mit hohen. Tiefseearten haben aber niedrige metabolische Umsätzer Der natürliche Strahlenuntergrund ist ähnlich dem im seichten Gewässer. Dennoch muß darauf hingewiesen werden, daß, sollten große Teile der Gemeinschaft zerstört werden, es lange dauern würde, bis sich das Ökosystem wieder regenerieren könnte./. 3_/ 12.6. Fischerei Verteilungsmechanismus .- Langzeit^physikalische-Dispersion - Transfer mit den Nahrungsketten - Tiefwasser - Aufquellprozesse Erfolgt die physikalische Mischung, so sind davon auf lange Zeit alle tatsächlichen-und potentiellen Fischereien betroffen. Die. Beschränkungen, die auf die Abgaberaten zu legen sind, hängen von den kritischen Pfaden
- 133 -
und Konzentrationsfaktoren ab und können aus entsprechenden Versenkungs-
modellen errechnet werden. (z.B. Sheperd-Modell) £~3 ~f
Der Transfer entlang einer biologischen Nahrungskette ist von Bedeutung,
wenn das radioaktive Material in einem bestimmten Bereich im Sediment
angereichert ist oder wenn es in einer bestimmten Wasserschicht vor-
kommt und damit die Möglichkeit des Kurzschlusses der oben genannten
Prozesse durch direkten biologischen Transport von relativ hohen
Konzentrationen an radioaktivem Material erlaubt.
Da über die vertikale Wanderung von Äxten wenig bekannt ist, können
derzeit die Transferraten nicht angegeben werde, können auch die
Konzentrationsfaktoren für diese Arten unterschiedlich zu denen im
seichten Wasser sein. _/_3_/
Tiefsee-Aufquellprozesse können die Gelegenheit bieten, damit ein
kurzgeschlossener Transfer erfolgt. Relativ hohe Radionuklidkonzentrationen
können dabei in die eigentliche Fischereiumgebung des Menschen
gebracht werden.
12.7. Nahrungsketten in existierenden Fischereien
- Fischerei in Gewässern bis 500 m Tiefe
- Fischerei in Gewässern von 500 - 2000 m Tiefe
- Fischereien für Offenwasser pelagische Arten
Fischerei bis 500 m Tiefe ist die traditionelle. Für diese Art der
Fischerei wäre der hauptsächliche Anteil von radioaktivem Material
aus der Verteilung stammend.
Nahrungskette: Phytoplankton - Zooplankton - pelagische Fische -
demersale Fische oder Sedimente - benthischen
Organismen - demersale Fische
Diese Nahrungsketten wurden untersucht bei der Ver-
teilung von Radionukliden in Küstengewässern.- 134 - Die Fischerei zwischen 500 - 2000 m Tiefe ist noch nicht alt und resultiert aus der überfischung in seichterem Gewässer. Für diese Arten sind die Nahrungsketten schlecht bekannt. Offenwasser-pelagische Fischerei (Thun, Wal): Da sich diese Arten von Cephaolopoden nähren, können sie einen Pfad zum Transfer von Radio- nukliden zum Menschen darstellen. Bezügliche der weiteren Entwicklung der Fischerei wird eine besondere Bedeutung den Cephalopoden zugeordnet. Diese können auch große Vertikalwanderungen durchführen.^ 3_/ Basierend auf IAEA-210, den dort dargestellten ozeanographischen Fakten und Empfehlungen, wurde in einer weiteren Gruppe die Frage der Dosisbelastung und möglicher Schäden des Ökosystems behandelt. Die Überlegungen gehen davon aus, daß es außerordentlich schwierig ist, vorherzusehen, wie lange die Versenkung von radioaktiven Abfällen er- folgen wird. Außerdem könnten die versenkten Abfälle über lange Perioden Aktivität abgeben (einige tausend Jahre nach der Versenkung) Es wird daher die Empfehlung aufgegriffen, daß angenommen wird, daß die Abgabe über einen so langen Zeitraum erfolgt, der vergleichbar mit der Halbwertszeit von Pu 239 ist. Ohne eigentliche Begründung wird dabei ein Zeitraum von 40000 Jahren für die kontinuierliche Abgabe angesetzt. Das bedeutet, daß die Konzentrationen im Meer für die langlebigen Radionuklide einen Gleichgewichtszustand erreichen, der auch bei unendlich langer Zugabe erreicht würde. Würde die Abgabezeit kürzer angesetzt werden, z.B. 1000 Jahre, so wären für die langlebigen Radionuklide die berechneten Grenzen um eine Faktor 40000/1000 größer. Die abgeleiteten Abgabegrenzen sind daher so, daß die Konzentrationen langlebiger Radionuklide in der marinen Umgebung nur langsam über mehrere Jahrtausende bis zu ihren Grenzwerten zunehmen. Dies stellt eine sehr konservafe.» ve Prozedur dar.
-. 135 -
Es ist nicht möglich verschiedene Schätzungen für verschiedene identifi-
zierbare Ozeabassins durchzuführen, da weder die ozeanographischen Daten
noch die Informationen über marine Nahrung ausreichen, um dies durchzu-
führen.
Die Schätzung wurde daher so konservativ wie möglich gemacht, indem Kon-
sumations- und Aufenthaltsdaten für Gegenden herangezogen wurden, in denen
die Belastung der Nahrung aus dem Meer hoch ist. Das Meeresvolumen wurde
mit lo m angesetzt (kleiner als das des Norc
Nord-Atlantiks). Die 3erech~
nungen wurden für 80 Radionuklide durchgeführt.
Zur Berechnung der Langzeitmittel der Bodenwasserkonzentration wurde das
eindimensionale Modell herangezogen, für Kurzzeitmittelungen der Faktor
—6 3 —1
lo m pro Ci s .In beiden Fällen waren dies Bodenwasserkonzentrationen,
da nicht garantiert werden konnte, daß Bodenwasser vom Menschen und zur
Nahrungskette isoliert bleiben kann. l_ lo_/
Daher wird die B.odenwasserkonzentration begrenzt auf Werte, die auch für
Oberflächenwasser akzeptabel, sind. Außerdem vereinfacht es die Handhabung,
da es nicht notwendig ist, zwischen einer hypothetischen Konsumation von
Tiefseetieren und der tatsächlichen Konsumation von Oberflächenwassertieren
zu unterscheiden.
Die Sorption von Sedimenten wurde vernachlässigt, damit wurden die Konzen-
trationen im Wasser überschätzt.
Abgabegrenzen für Pfade die keine Sedimente beinhalten wurden damit konser-
vativ behandelt.
Im Falle von Thorium, von dem bekannt ist, daß es rasch aus dem Meereswas-
ser entfernt wird, wird diese Annahme korrigiert.
Zur Bestimmung der Aktivität im Sediment wurde davon ausgegangen, daß sich
.eich Gleichgewicht zwischen Sediment und Wasser einstellt (für alle diese
Fälle, bei denen die Aktivität im Sediment niedriger ist als im Wasser).- 136 -
Da manche Radionuklide mit sehr kurzen Halbwertzeiten, wie Br 82, F 32,
unrealistische Abgabegrenzen hätten, wurde ihr Zerfall vom Übergang Ab-
gabeort - Konsumationspunkt nicht beachtet. Da selbst für Kurzzeitmecha-
nismen Übergangszeiten von einigen Jahren angegeben wurden, wurde zur Er-
stellung der Konzentration im Wasser ein Zerfall über 3 Jahre eingeführt.
12.8. Ermittlung der Nahrungskette /.~~4_7
Die gewählten Nahrungsketten enthalten einige von denen bekannt ist, daß sie
existieren und andere, die in Zukunft bedeutend werden könnten. Die Ent-
deckung weiterer Nahrungsketten wird nicht notwendig zu einer Revision des
jetzt abgeleiteten Bildes führen, es ist vielmehr zu erwarten, daß durch
generelle Nahrungsketten derartige Neuentdeckungen abgedeckt sind. Von den
gewählten Parametern wird angenommen, daß sie hinreichend allgemein sind, um
für alle kritischen Gruppen in der Welt Anwendung zu finden. Für die Fälle,
in denen es unwahrscheinlich scheint, daß ein Individuum mehreren kritischen
Gruppen angehört, wurden die kritischen Pfade unabhängig voneinander be-
stimmt. Für die Fälle, für die dies nicht angenommen werden konnte, erfolgt
eine Reduzierung der Gruppen.
Fünf individuelle Nahrungsketten, die die Aufnahme von Nahrung aus dem Meer
inkludieren, wurden berücksichtigt. Vier Nahrungsketten für Küstenbewohner,
weiters wurden drei gemischte Nahrungsketten analysiert.
Die Abgabegrenze für eine Korrelation von verschiedenen Nahrungsketten für
eine einzige kritische Gruppe ist
L
const "- 137 -
oder kleiner sein als die Konzentration im umgebenden Wasser. Das
Verhältnis dieser Konzentration wird als "Konzentrationsfaktor" be-
zeichnet. Obwohl die Aufnahme von Aktivität durch einen Organismus
einen dynamischen Prozeß darstellt, der von weiteren Variablen ab-
hängig ist, wie z.B. physikalisch-chemischer Zustand der Radionuklide,
Temperatur,Salzgehalt, aber auch von verschiedenen biologischen Para-
metern, wie Wachstumsrate, physiologischer Zustand des Organismus, ist
das Konzept des Konzentrationsfaktors nützlich in einem Gleichgewichts-
zustand oder in einem Zustand, in dem die Konzentrationen sich nur
langsam ändern, verglichen mit den Übertragungsraten von Radionukliden
in den Organismen, aus denen die Nahrungskette besteht.
Bei der Ermittlung der Abgaberatengrenzen müssen auch die Wirkungen der
Zerfallsketten berücksichtigt werden. Dies wurde hier im Detail nicht
durchgeführt, sollte aber in einer zukünftigen Arbeit erfolgen.
Bei einem Überblick zu dieser Situation konnte aber festgestellt
werden, daß die Wirkung von Tochterprodukten mit Ausnahme eines
Falles die gezogenen Schlüsse nicht verändern wird.
Die Ausnahme besteht in Pu-241, dag zu Am 241 zurfällt. In diesem
Fall wurde das tochterelement in Rechnung gezogen. Eine weitere
Verfeinerung, die hier nicht angewendet wurde, wäre die Modifi-
zierung des Konzentrationsfaktors des Tochterelementes in Abhänig-
keit von der Halbwertszeit und den biologischen Übertragungsraten.
12.8.1.Nahrungsketten, die die Aufnahme von Nahrung aus dem Meer beinhalten
Die Abgaberatengrenze für alle derartigen Radionuklide ist gegeben
/~4—7"
—
durch
A. . 109
T _ 3
K. . Ci.. Q.- 138 -
i : Nahrungskette
j : Radionuklid
K. . ; Radionuklidkonzentration im Meereswasser korrespon-
dierend mit der Einheitsabgaberate des Radionuklids
(pCi l"1 pro Ci d"1)
Q. : Konsumationsrate (g d" )
Ci.. : Konzentrationsfaktor für die entsprechende Nahrung
ml/g
A. : MPAI für das Radionuklid (uCi y~ )
Da es derzeit noch keine detaillierte Information über die Konzentrations-
faktoren für Cephalopode und TiefSeefische gibt, wird in Rechnung ge-
stellt, daß sie sich in dieser Hinsicht ähnliche den Oberflächenfischen
verhalten.
12.8.2. Nahrungsketten, die die Exposition von Menschen berücksichtigen,
die an Küsten leben l_ 4_/
Zwei dieser Nahrungsketten berühren extreme Exposition, zwei die Inhala-
tion von Radionukliden in verschiedener Form.
D. . 3,4 x 10 11
L.. = —i "- y"l
Ci
K.• . E.«T..F•
Q. : Dosislimit (rem y )
E. : mittlere Energie pro Zerfall " (MeV)
T^ : Aufenthaltszeit (hy"1)
F. : Modifizierfaktor
Die Dosis beruht auf einer 2 ff Geometrie. F trägt anderen Möglich-
keiten Rechnung.
Für die Inhalationspfade kann dieselbe Formel verwendet werden, wo-
bei die entsprechenden A. und Q^ berücksichtigt werden. Für die Inhala-
tion von aufgewirbelten Sedimenten wird eine Aufnahme von 2 ug d"1 an-
genommen, wobei auf eine Staublast, von 10 ug tn der Atmosphäre 3ezug
genommen wird. (Daraus besteht. 1 Z der HeeresSedimente. ) Für den
Verdampfungspfad wird die Aufnahme von Radionukliden, die die Atmosphäre
durch Verdunstung erreichen, angenommen. Die Aufnahme wird mit- 139 -
200 g d"1 angesetzt, (für Tritium = 1.) für andere Radionuklide wird
auf die Aufnahme von Salz aus dem Meer in der Atmosphäre Bezug genom-
men. Eine typische Konzentration in Luft ist 3 ug m" , woraus eine In-
halation von 60 ug cfl resultiert. Der Salzgehalt von Meerwasser be-
trägt 3 %. Für die meisten Radionukl.Ue ist der Konzentrationsfaktor
IO"5 pCi g"1 pro pCiml" 1 . Für dünne Schichten auf der Meeresoberfläche
kann eine Anreicherung bis zu einem Faktor von 10 erfolgea. Es wird
-2
daher ein nominaler Konzentrationsfaktor von 10 genommen.
Messungen des Gehalts der Atmosphäre an Radionukliden, die aus den Ab-
gaben der Wiederaufarbeitungsanlage von Windscale stammen, wurden in
6 SammelStationen in Cumbria durchgeführt. £"^9_J Die Ergebnisse zeigten
höhere Aktivitäten, als dies aus dem Fallout der Atombombenversuche zu
erwarten wäre. Im Fall der Pu-Isotope kamen diese Mengen aus der meeres-
seitigen Richtung. Der höchste gemessene Wert betrug o,2 % des vom ICRP
empfohlenen Limits für beruflich strahlenexponiertes Personal. Aller-
dings handelt es sich dabei nicht um die Effekte der Tiefseeversenkung
sondern der Abgabe über Pipelines an die Irische See.
12.8.3. Gemischte Nahrungskecten f_ 4_/
Diese sind Modifikationen von Nahrungsketten, die Aufnahme oder extreme
Exposition inkludieren, sie können daher formal nach den vorigen Gleichun-
gen bestimmt werden. Sie bestehen in der Aufnahme von Salz, das durch Ver-
dampfung erhalten wird, Aufnahme von entsalztem Wasser, Sport im Wasser.
12.9. Abgaberatengrenzen _/_ 4_/
Insgesamt wurden 80 Radionuklide in Betracht gezogen, einige davon
sind nicht in. Reaktorabfällen enthai tan, können aber aus anderen
Quellen stammen.
In die Betrachtungen wurde nicht dis Frage der kollektiven Dosis
aufgenommen, da diese eine Koscen-Nutzea-Analyse von verschiedenen
Endlagiraiögiichkeiten mit einbeziehen würde.Sie können auch lesen
