Souhrn

Životní prostředí České republiky bylo v minulosti kontaminováno umělými radionuklidy v důsledku spadu po testech jaderných zbraní a z havárie v Černobylu. Článek shrnuje výsledky sledování vertikální migrace 137Cs v půdě ve vybraných lokalitách, které je prováděno jako součást sběru dat pro hodnocení zranitelnosti podzemních vod. Do sledování byly zahrnuty tři lokality různých typů krajinného pokryvu (les, louka a orná půda). Pro zjištění migrace umělých radionuklidů v půdním profilu byly odebírány vzorky do hloubky 100 cm, jež byly poté analyzovány pomocí spektrometrie záření gama. Dále byly stanoveny některé půdní vlastnosti (zrnitost, obsah humusu). Z výsledků plyne, že stále měřitelná je kontaminace půd radionuklidem 137Cs. Nejvyšší aktivity 137Cs se ve třech sledovaných lokalitách pohybovaly v rozmezí 21,0 Bq·kg-1 až 32,2 Bq·kg-1. Tato maxima byla ve všech třech sledovaných lokalitách naměřena ve svrchních vrstvách půd (do 10 cm). Ve vertikálním profilu tedy 137Cs migruje jen velmi pomalu; je převážně na půdu pevně vázáno. V menší míře ovšem dochází v čase i k transportu kontaminace směrem k hlubším vrstvám půdy. U dvou lokalit je hloubka, v níž byla detekována měřitelná aktivita 137Cs, odhadována na 30 cm, resp. 35 cm. Ve třetí lokalitě to bylo dokonce 80 cm. Zde ale existuje podezření i na jiné vlivy, které mohly transport 137Cs ovlivnit. Z hlediska zranitelnosti podzemních vod se zdá, že proti pronikání 137Cs jsou poměrně dobře ochráněny. Toto zjištění bude ještě ověřeno analýzou podzemních vod a zahrnutím dalších informací v následující etapě prací.

Úvod

Umělé radionuklidy vznikají v důsledku lidských aktivit a v životním prostředí se, až na výjimky, přirozeně nevyskytují. Mohou však do něj být vneseny lidskou činností [1]. Největším zdrojem kontaminace severní hemisféry umělými radionuklidy byly atmosférické testy jaderných zbraní, prováděné od roku 1945. Po dohodě USA, Velké Británie a SSSR byly zastaveny v roce 1963. Podle UNSCEAR [2] se uskutečnilo celkem 540 atmosférických testů s celkovým výtěžkem 440 Mt. Úhrnné množství radionuklidů připadající na globální spad se odhaduje na 622 PBq 90Sr a 948 PBq 137Cs (PBq=1015 Bq) [2]. Podrobnější údaje o depozici vybraných radionuklidů k roku 1990 uvádějí Van der Stricht a Kirchmann [3].

Nejvýznamnější událostí z hlediska radioaktivní kontaminace území České republiky je havárie jaderné elektrárny v Černobylu na dnešní Ukrajině. K havárii došlo 26. dubna 1986 a úniky radionuklidů pokračovaly až do května 1986 [3–5]. Emise radionuklidů při černobylské havárii se projevila významnou kontaminací i na území České republiky [6]. Atlas [7] uvádí pro Českou republiku celkovou průměrnou plošnou depozici 137Cs včetně kontaminace po atmosférických testech jaderných zbraní 7,6 kBq·m-2, jen z černobylské havárie pak 4,3 kBq·m-2 (zpráva [8] uvádí střední hodnotu 4,2 kBq·m-2). Černobylská plošná kontaminace byla diferencována podle lokální meteorologické situace a determinována zejména výskytem srážek v inkriminovaném období. Přímá data o plošné depozici 137Cs na území České republiky lze nalézt ve zprávě [8].

V současnosti jsou některé z těchto radionuklidů, zejména 137Cs a případně 90Sr, stále přítomny v prostředí, a to nejen v okolí černobylské elektrárny [1, 9–11], ale i v oblastech vzdálenějších [12–16]. Bylo pozorováno, že od doby vniknutí těchto radionuklidů do životního prostředí jejich množství průběžně klesá, a to v důsledku jejich radioaktivní přeměny i různých migračních jevů. V České republice jsou v současnosti hodnoty velmi nízké, ale měřitelné [5, 13, 17–21].

Z uvedeného je zřejmé, že reziduální znečištění po atmosférických testech jaderných zbraní a po havárii jaderného reaktoru v Černobylu na českém území přetrvává. Účelem této práce bylo zjistit současnou míru kontaminace půdního nadloží podzemních zvodní a hloubku, které tato kontaminace do současnosti ve vertikálním půdním profilu dosáhla, a to zejména kvůli dalšímu vyhodnocení zranitelnosti podzemních vod.

Metodika

Vertikální distribuce umělých radionuklidů v půdě je sledována v několika lokalitách, které byly na základě širšího kontextu vybrány pro další vyhodnocení zranitelnosti podzemních vod. V tomto článku jsou prezentovány výsledky ze tří lokalit (Hatín, Krašlovice a Veltruby), přičemž každá reprezentuje rozdílný typ krajinného pokryvu (Corine Land Cover). U lokality Hatín šlo o jehličnatý les, u Krašlovic o louku a u Veltrub dle databáze Corine Land Cover o ornou půdu. Podle dostupných dat se typ krajinného pokryvu v těchto lokalitách v období po havárii v Černobylu nezměnil [22–26]. Vybrané lokality jsou zobrazeny na mapce na obr. 1.

Obr. 1. Umístění lokalit odběru vzorků půd
Fig. 1. Location of the soil sampling sites

Samotný odběr vzorků probíhal na dané lokalitě za pomoci půdní sondy spojením 17 dílčích vzorků odebraných ve vytyčené oblasti (čtverec 5 × 5 m). Hloubka odběru byla 100 cm, jednotlivé vzorky byly odebírány ve vrstvách o tloušťce 5 cm v horních 50 cm půdního profilu, níže potom ve vrstvách po 10 cm, jak je schematicky zobrazeno na obr. 2. Po odběru byly vzorky bez prodlení dopraveny do laboratoře, kde byly vysušeny, homogenizovány a poté připraveny pro stanovení radionuklidů.

Odběry vzorků i následné analýzy byly provedeny pracovníky Zkušební laboratoře technologií a složek životního prostředí VÚV TGM, která je držitelem osvědčení o akreditaci Českého institutu pro akreditaci (ČIA) a osvědčení o správné činnosti laboratoře Střediska pro posuzování laboratoří ASLAB.

Pro stanovení umělých radionuklidů byla v laboratoři využita metoda spektrometrie záření gama. Analýza probíhala na zařízení firmy Canberra Packard s koaxiálním polovodičovým detektorem typu HPGe dle ČSN EN ISO 10703 (757630) [27] upravené pro pevné vzorky. Geometrie měření byla ověřována pomocí ethalonů Českého metrologického institutu. Podmínky měření (hmotnost vzorku, doba měření) byly voleny tak, že hodnota nejmenší detekovatelné aktivity (NDA) pro 137Cs na hladině významnosti α = β = 0,05 byla 1,3 Bq.kg-1 nebo nižší; výsledky vyjádřeny v Bq·kg-1 sušiny vzorku. Ze spektra záření gama byly vyhodnocovány umělé radionuklidy: 57Co, 60Co, 134Cs, 137Cs a 241Am, do dalšího hodnocení však byla zahrnuta jen data o 137Cs, protože ostatní zmíněné radionuklidy nebyly ve vzorcích detekovány. Hodnoty NDA pro tyto radionuklidy byly nižší než: 0,9 Bq·kg-1 (57Co), 1,7 Bq·kg-1 (60Co), 1,8 Bq·kg-1 (134Cs) a 4,0 Bq·kg-1 (241Am).

Dále byly v půdních vzorcích laboratorně stanoveny obsahy zrnitostních frakcí (jíl, prach a písek) v souladu s normou ČSN EN ISO 17892-4 [28] a výsledky vyhodnoceny dle USDA [29]. Nakonec bylo stanoveno množství oxidovatelného uhlíku (Cox) dle normy ISO 14235:1998 [30]. Cox byl přepočítán na obsah humusu pomocí Welteho koeficientu.

Obr. 2. Odběr vzorků vertikálního profilu půdy: a) schéma odběru dílčích vzorků ve čtverci 5 × 5 m, b) znázornění odběru jednotlivých vzorků dle hloubky odběru, c) práce v terénu s odběrovým zařízením – půdní sondou
Fig. 2. Soil vertical profile sampling: a) Chart showing the collection of partial samples in a 5 × 5 m square; b) Illustration of sampling according to the depth; c) Use of sampling equipment (a soil probe) in the field

Výsledky a diskuze

Radionuklid 137Cs byl detekován ve vzorcích půdy ve všech třech hodnocených lokalitách. Podrobné výsledky stanovení 137Cs ve vertikálním profilu půdy v jednotlivých lokalitách jsou zobrazeny na obr. 3–5. Je vidět, že nejvyšší aktivita 137Cs (amax 137Cs) byla zjištěna ve vrstvách nejblíže k povrchu. V lokalitách Krašlovice a Veltruby to bylo v horních 10 cm půdy, kde ve vrstvách 0–5 cm a 5–10 cm byly naměřené hodnoty 137Cs podobné, v lokalitě Hatín to bylo jen v horních 5 cm, poté se již aktivita významně snižovala. To svědčí o pevné vazbě většiny 137Cs v půdě a velmi pomalém transportu vertikálním profilem, neboť od poslední významné depoziční události uplynulo v době odběrů vzorků přibližně 35 let. To potvrzují i další studie, které se tématem zabývaly, např. [15, 31]. Zjištěné výsledky odpovídají i předchozí práci VÚV TGM [32], kde bylo sledováno 137Cs ve vertikálním profilu půdy v roce 1995 a 2015.

Obr. 3. Aktivita 137Cs naměřená ve vertikálním profilu půdy v lokalitě Hatín (světlejší barvou jsou znázorněny hodnoty NDA tam, kde naměřené hodnoty ležely pod NDA)
Fig. 3. 137Cs activity measured in the vertical soil profile in the Hatín site (the light blue colour stands for measured values below the MDA)
Obr. 4. Aktivita 137Cs naměřená ve vertikálním profilu půdy v lokalitě Krašlovice (světlejší barvou jsou znázorněny hodnoty NDA tam, kde naměřené hodnoty ležely pod NDA)
Fig. 4. 137Cs activity measured in the vertical soil profile in the Krašlovice site (the light blue colour stands for measured values below the MDA)
Obr. 5. Aktivita 137Cs naměřená ve vertikálním profilu půdy v lokalitě Veltruby (světlejší barvou jsou znázorněny hodnoty NDA tam, kde naměřené hodnoty ležely pod NDA)
Fig. 5. 137Cs activity measured in the vertical profile in the Veltruby site (the light blue colour stands for measured values below the MDA)

Maximální aktivity 137Cs v jednotlivých lokalitách byly srovnatelné (viz tab. 1), stejně jako průměrné aktivity 137Cs ve sledované vrstvě půdy, vypočítané jako aritmetický průměr naměřených hodnot vyšších než 1,3 Bq·kg-1 v jednotlivých vrstvách do hloubky 100 cm, vážený na základě tloušťky odebírané vrstvy. To odpovídá i dostupným údajům [7] o depozici 137Cs po havárii v Černobylu v daných lokalitách, neboť všechny tři lokality se nacházely ve stejném rozmezí odhadované depozice 137Cs po černobylské havárii (4–10 kBq·m-2), podobně jako dle [8]. Vybrané lokality tedy odpovídají spíše průměrnému zasažení černobylským spadem (podle [8] byla střední hodnota spadu po černobylské havárii v České republice 4,2 kBq·m-2, maximální naměřená hodnota byla 80 kBq·m-2). Aktuálně naměřené aktivity 137Cs souhlasí i s výsledky dřívější studie provedené ve VÚV TGM [32].

Tab. 1. Přehled výsledků vyhodnocení stanovení aktivity 137Cs ve vertikálním profilu půdy ve sledovaných lokalitách: amax (137Cs) – nejvyšší aktivita 137Cs naměřená ve vertikálním profilu, h-amax(137Cs) – hloubka vrstvy, ve které byla naměřena nejvyšší aktivita 137Cs, aprům (137Cs) – průměrná aktivita 137Cs ve sledované vrstvě půdy (do hloubky 100 cm), H-a < 1,3Bq/kg (137Cs) – hloubka, do které pronikla aktivita 137Cs vyšší než 1,3 Bq·kg-1.
 Tab. 1. Summary evaluation of 137Cs activity in the vertical soil profile in the monitored sites: amax (137Cs) – maximum activity of 137Cs measured in the vertical profile; h-amax (137Cs) – depth of the layer where the maximum 137Cs activity was measured; aaver (137Cs) – average 137Cs activity in the monitored soil layer (up to the depth of 100 cm); H-a < 1.3Bq/kg (137Cs) – depth into which 137Cs contamination higher than 1.3 Bq·kg-1 penetrated

Z hlediska hodnocení vertikálního transportu 137Cs a posouzení zranitelnosti podzemních vod je důležité, do jaké hloubky kontaminace 137Cs v půdním profilu pronikla. Z tohoto důvodu byla vyhodnocena hloubka, v níž byla zjištěna aktivita 137Cs větší než 1,3 Bq·kg-1. Lze konstatovat, že v lokalitách Krašlovice a Hatín byla hloubka proniknutí 137Cs podobná – aktivity 137Cs vyšší než 1,3 Bq·kg-1 byly nalezeny do hloubky 30 cm, resp. 35 cm. Výrazně vyšší hloubka byla zjištěna v lokalitě Veltruby, a to 80 cm. Vzhledem k tomu, že v lokalitě Veltruby jde o typ krajinného pokryvu orná půda, přichází v úvahu rozptyl kontaminace ve vertikálním profilu v důsledku orby. Z literatury [31] je zřejmé, že vertikální distribuce 137Cs v obdělávaných půdách se značně liší od neobdělávaných. Tam, kde probíhala kultivace půdy orbou, lze očekávat, že v horní vrstvě půdy bude aktivita 137Cs distribuována rovnoměrně v důsledku mechanického promíchávání. I v této lokalitě je však většina kontaminace soustředěna do povrchové vrstvy půdy (horních 10 cm) a poté klesá, z čehož lze usuzovat, že k tomuto způsobu hospodaření na daném pozemku nedocházelo (v době odběru byla lokalita pokryta travním porostem). Toto zjištění proto odporuje klasifikaci lokality Veltruby podle Corine Land Cover jako orné půdy. Zvláštnosti v tomto profilu vykazuje i doplňková půdní analýza, jak je uvedeno níže.

Dle specializované půdní mapy [33] byl půdní typ ve všech třech případech určen jako fluvizem, tedy půda vyvinutá v nivách vodních toků z povodňových sedimentů, kde dochází k občasnému zaplavení a zvýšení vlhkosti půdy. To bylo rovněž lokálně potvrzeno pomocí půdní sondy. V případě lokalit Krašlovice a Hatín jde o fluvizem modální, na odběrovém místě Veltruby se nachází fluvizem glejová. V případě fluvizemě glejové v lokalitě Veltruby jsou přítomny reduktomorfní znaky v hloubce od 60 cm, které značí pravidelné nasycování profilu vodou. Trvalá hladina podzemní vody však v hloubce odběru nebyla zjištěna ani v jednom z profilů. Půdní druh (USDA) byl v případě lokality Hatín určen jako hlinitý písek (obsah písku přes 80 %), v Krašlovicích jako písčitá hlína (obsah písku přes 50 %) a ve Veltrubech jako hlína prachovitá (obsah prachu přes 50 %). Zrnitostní složení půd ve sledovaných lokalitách je uvedeno na obr. 6.

Obsah humusu v půdě lokality Hatín byl velmi vysoký ve svrchních horizontech (22,6 % humusu v hloubce 0–5 cm), s hloubkou odběru rovnoměrně klesal až na 0,77 % humusu v hloubce 90–100 cm. Naměřené hodnoty 137Cs ve svrchní vrstvě lesní půdy v lokalitě Hatín přibližně odpovídají hodnotám zjištěným v lesním humusu ve studii [34] (s přihlédnutím k podílu humusu v analyzované půdě). Rovnoměrný pokles obsahu humusu byl zaznamenán také v případě lokality Krašlovice, kde byl však obsah humusu výrazně nižší než v lokalitě Hatín, přesto v případě svrchních horizontů vysoký (5,43 % v hloubce 0–5 cm, 0,28 % v hloubce 90–100 cm). Klesající obsah humusu s hloubkou půdy je standardní jev, proto byly překvapivé výsledky rozboru půdy v lokalitě Veltruby, kde byl obsah humusu v hloubce 0–5 cm velmi vysoký (9,43 %) a dle očekávání s hloubkou klesal, ale od 50–60 cm začal opět stoupat a v hloubkách od 80 do 100 cm byl vyšší než 12 %. Jelikož se lokalita nachází v rovině, dá se vyloučit, že by tento jev byl způsoben erozí a transportem materiálu. Jako pravděpodobnější vysvětlení se jeví technický zásah do půdního profilu, případně vliv zaplavování a s tím související vertikálně proměnný obsah humusu ve vrstvě povodňových hlín. Tyto možné události mohly také ovlivnit distribuci 137Cs. Pro vysvětlení bude potřeba dalšího průzkumu této lokality. Změny v obsahu humusu ve vertikálních profilech sledovaných lokalit je možno vidět na obr. 6.

Obr. 6. Vlastnosti půd ve vertikálním profilu ve sledovaných lokalitách – zrnitostní složení (písek, prach, jíl) a podíl humusu
Fig. 6. Soil properties in the vertical profile in the monitored sites – soil texture (sand, silt, clay) and humus content

Závěr

Výsledky sledování vertikální distribuce 137Cs v půdě potvrdily, že kontaminace půdy tímto umělým radionuklidem je v České republice stále měřitelná, přestože od poslední významné depoziční události (havárie v Černobylu) uplynulo již 35 let. Většina aktivity 137Cs je v půdě pevně vázána, takže rychlost jeho transportu do hlubších vrstev půdního profilu je jen velmi pomalá a většina zjištěné aktivity 137Cs se nachází v povrchové vrstvě půdy. Přesto v závislosti na místních vlastnostech půdy a dalších podmínkách dochází k postupnému pronikání kontaminace do větší hloubky, jde však o výrazně nižší aktivity, než jsou zjišťovány při povrchu.

S ohledem na hodnocení zranitelnosti podzemních vod (jejich kontaminace 137Cs) lze konstatovat, že většina 137Cs je ve sledovaných lokalitách zachycena vrchní vrstvou půdy a v úvahu přichází průnik jen velmi malého množství 137Cs. V následující fázi bude práce zaměřena na vyhodnocení půd v dalších lokalitách, dále na zjištění velmi nízkých objemových aktivit 137Cs, jež by mohly do podzemních vod proniknout, a také na vyhodnocení transportu 90Sr, které obecně vykazuje větší mobilitu v půdních systémech [35–36].

Poděkování

Tento článek byl připraven v rámci projektu „Inovativní metody detekce ultranízkých koncentrací radionuklidů k hodnocení zranitelnosti zdrojů pitné vody při jaderné havárii“, č. VI20192022142, financovaného Ministerstvem vnitra ČR v rámci Bezpečnostního výzkumu České republiky 2015–2022.

Příspěvek prošel lektorským řízením.