Senza soluzione di continuità l'inquinamento radioattivo di Fukushima

Campionamenti di rifiuti a Fukushima

L'11 marzo 2011, un terremoto di magnitudine 9,0 innescava uno tsunami di 15 metri che inondava la centrale elettrica nucleare Fukushima Daiichi (FDNPP), causando perdite di potenza, esplosioni e fratture del reattore, rilasciando in atmosfera una notevole quantità di radionuclidi (da 1 ⇓ - 3 ). Più dell'80% della caduta atmosferica si è verificato sull'oceano, con la massima deposizione nel vicino ambiente marino. Inoltre, lo scarico liquido diretto di acqua di raffreddamento contaminata è scivolato nell'oceano, rendendo il disastro Fukushima, il più grande ingresso accidentale di radionuclidi nell'oceano. Nel mondo esistono 440 reattori nucleari operativi, con una metà circa situate lungo la costa. Ciò include la centrale nucleare Fukushima Daiichi , che nel marzo 2011 ha registrato molteplici fratture del reattore seguite dal rilascio di radioattività all'ambiente marino.
In otto spiagge del Giappone entro 60 miglia dalla centrale elettrica nucleare Fukushima Daiichi si sono trovato elevati livelli di cesio radioattivo scaricati dall'incidente 2011 nelle acque salmastre sotto le spiagge. Il cesio non costituisce una preoccupazione per la salute pubblica, ma come materiale radioattivo può essere trasportato lontano dai siti di incidenti, dove si attacca e viene immagazzinato dai grani di sabbia.
Il nuovo studio ha rivelato un percorso precedentemente insospettato per il trasporto di materiale radioattivo, conservato per anni e successivamente rilasciato lontano dal sito in cui è stato inizialmente scaricato.
Virginie Sanial, scienziato dell'Institution Oceanographic di Woods Hole, ha studiato campi di acqua sotterranea sotto le spiagge

in Giappone. Ha immerso dei tubi lungo la sabbia, pompando le acque sotterranee sottese e analizza il loro contenuto di Cesio-137.
Cinque anni dopo l'incidente della centrale nucleare Fukushima Daiichi, le attività più alte di radio-cesio (Cs 137) al di fuori del sito della centrale sono state osservate in acque sotterranee salmastre, sotto le spiagge di sabbia.
S’ipotizza che il radio-cesio sia stato depositato sulle superfici minerali nei giorni e nelle settimane dopo l'incidente, attraverso lo scambio di acqua di mare e anche attraverso l'onda e la marea ma anche attraverso la filtrazione o lo sciabordio sulla spiaggia

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Uomo sulla spiaggia di Fukushima

Poiché le concentrazioni di radio-cessione dell'acqua di mare diminuivano, questo cesio radioattivo è rientrato nell'oceano attraverso scariche sottomarine delle acque sotterranee, a parità dello scarico diretto proveniente dalla centrale elettrica e dal flusso di fiumi. Questo percorso imprevisto per lo stoccaggio e il rilascio di radionuclidi verso l'oceano va preso in considerazione nella gestione delle zone costiere in cui si trovano centrali nucleari.
Gli ingressi superficiali verso l'oceano attraverso la deposizione atmosferica e i fiumi sono di solito ben monitorati dopo un incidente nucleare, invece nessun studio si concentra sugli eventuali percorsi sotterranei. Un apposito studio, ha trovato livelli più elevati di Cesium 137

Una margherita a Fukushima

 al di fuori del sito Fukushima non nell'oceano, nei fiumi o nelle acque sotterranee potabili, ma nelle acque sotterranee sotto le spiagge sabbiose, situate a dieci chilometri di distanza da Fukushima. Queste sabbie di spiaggia sono state contaminate nel 2011 attraverso lo scambio di onda e marea e la sorpazione di Cs altamente radioattivo dall'acqua di mare. Il desorbimento successivo di Cs 137 e lo scambio di fluidi dalle sabbie della spiaggia è stato quantificato utilizzando isotopi radiali naturali. Questa stima dell'orologio Cs 137 è di magnitudo simile a quello delle emissioni in corso di Cs 137 dal sito di Fukushima per il periodo 2013-2016, così come l'ingresso derivato da Fukushima ha disseminato Cs 137 attraverso i fiumi. Il rilascio di Cs di questo tipo deve essere considerato nel monitoraggio delle centrali nucleari e negli scenari che prevedono incidenti futuri.
Il Cesio-137 è un abbondante prodotto di fissione della produzione di energia nucleare e delle prove di armi nucleari e, quando viene rilasciato nell'ambiente, persiste per decenni a causa della sua lunga emivita (30,2 anni). I maggiori versamenti di Fukushima derivate da Cs 137 si sono svolte entro il primo mese dell'incidente. Le fonti in corso conosciute verso l'oceano, includono i fiumi e i flussi sotterranei sotto il sito di Fukushima e, sono per confronto più di 1.000 volte più piccoli rispetto ai rilasci del 2011, anche se continuano a persistere quasi 6 anni dopo l'incidente. La dispersione sottomarina delle acque sotterranee è stata riconosciuta come un importante percorso per il trasporto di materiali dalla terra all'oceano, tuttavia questo processo non è stato valutato come una fonte continua di radionuclidi all'ambiente costiero al di fuori della spiaggia di Fukushima.
Le attività di Cs 137, sono state poi rilevate in acque sotterranee raccolte sotto le spiagge fino a 100 km da Fukushima. Otto spiagge sono state visitate tra il 2013 e il 2015, con un'indagine di campionamento più intensa condotta nel 2016 sulla spiaggia di Yotsukura, a 35 km a sud della centrale di Fukushima. Nelle vicinanze delle spiagge sabbiose sono stati raccolti ulteriori campioni freschi di acque sotterranee e fiume.

Analisi dei risultati

Campionamento delle acque a Fukushima

Raccolta di rifiuti radioattivi

Tre dei campioni di acqua sotterranea della spiaggia di Yotsukura erano superiori al limite dell'acqua potabile giapponese, ma nessuno è esposto a queste acque o bevande, e quindi non è di primaria importanza per la salute pubblica. Le attività subacquee della spiaggia per il Cs137 sono state generalmente superiori rispetto alle acque marine vicine, ai fiumi, alla primavera naturale e ai pozzi delle acque sotterranee utilizzate per l'irrigazione. L'attività di Cs 137 nell'acqua marina diminuì rapidamente dopo l'incidente e per il periodo di questo studio l'attività mediana dell'acqua di mare Cs 137 nell'arco di 100 km della costa (escluso il porto di  Fukushima) era di 14 Bequerel ⋅m -3 . Nell'acqua dolce, le attività disciolte di Cs 137 sono state varate da un rilevamento inferiore. Quindi, le attività di Cs 137 nelle acque sotterranee della spiaggia non possono essere spiegate mediante miscelazione conservativa tra qualsiasi sorgente di acqua dolce e acqua di mare. Deve essere proveniente da sabbie di spiaggia ricche di Cs 137.
Quattro nuclei di sabbia sono stati raccolti sulla spiaggia di Yotsukura. In sabbia situata tra la superficie della spiaggia e 40 cm, l'attività di Cs 137 era relativamente costante. Sotto dei 40 cm l'attività Cs 137 aumentava con la profondità raggiungendo valori massimi. L'inventario Cs 137 nel nucleo più lungo è stato minimo ed era una stima minima poiché non era stato raggiunto il fondo dello strato ad alta attività. Quest’ordine di grandezza superiore al più grande inventario del sedimento marino registrato offshore della centrale di Fukushima, entro un fattore di 4 dei nuclei terrestri di terreno dall'area di accesso limitato e oltre ai suoli nella regione di Yotsukura. Inoltre, l'arricchimento profondo di Cs 137 è incoerente con una sorgente atmosferica di Fukushima, in quanto Cs 137 sarebbe stato intrappolato negli strati superiori dell'orizzonte di sabbia come dimostrato nei suoli terrestri.
Per testare questa ipotesi, sono stati condotti esperimenti di adsorbimento e desorbimento di Cs 137 su campioni di sabbia giapponese con soluzioni di acqua di mare, di varie salinità per riprodurre il gradiente di salinità osservato nelle acque sotterranee della spiaggia. Le sabbie di spiaggia hanno un’adeguata capacità di scambio ionico per questo livello di Cs 137. Pertanto, le sabbie di spiaggia sono in grado di memorizzare un grande inventario di Cs 137 alle profondità che, nel tempo, possono essere rimobilizzate dall'intrusione di acqua di mare, in spiaggia e rilasciate nell'ambiente costiero attraverso processi di scambio dell'acqua presente nelle acque sotterranee.
Nelle spiagge, l'intrusione di acqua marina in genere segue due percorsi: un pennacchio superiore salino nella zona intertidale impostato dalle onde e dalle maree e un cuneo di acqua salata in profondità, funzione della differenza di densità tra acqua freatica fresca e rifiuti di acqua di mare.  La bassa concentrazione di Cs 137 nei corpi superficiali potrebbe essere il risultato di un più frequente lavaggio con acqua di mare, rispetto allo strato di sabbia più profonda, o meno esposizione all'acqua marina di alta attività per il Cs 137 nel 2011. La distribuzione è altamente eterogenea di Cs 137 in acque sotterranee della spiaggia.
Indipendentemente dai meccanismi che controllano la concentrazione di Cs 137 nelle acque sotterranee, gli acquiferi delle spiagge in prossimità di Fukushima sono una sorgente di Cs 137 nell'oceano, supportata da attività di surf zone Cs 137 più alte delle acque marine offshore durante il periodo di studio. Per quantificare la grandezza di questa sorgente di Cesio, sono state utilizzate misure parallele d’isotopi radiali (223 Ra, 11,4 d; 224 Ra, 3,66 d), strumenti consolidati per fornire stime di scala regionale di scarico sottomarino delle acque sotterranee. Gli isotopi del radicale sono continuamente prodotti nei sedimenti acquiferi con il decadimento d’isotopi genitori insolubili del torio. Come Cs 137, le attività di Ra nella zona di surf sono state inversamente correlate con la fase di marea. Queste caratteristiche sono le ragioni per cui gli isotopi Ra possono essere usati come tracciatori dell'ingresso di Cs 137 nell'acqua sotterranea.