Radioökologie

De Molen (Windmühle) und der Kühlturm des Kernkraftwerks in Doel, Belgien (DSCF3859) ⓘ

Die Radioökologie ist der Zweig der Ökologie, der sich mit dem Vorkommen von Radioaktivität in den Ökosystemen der Erde befasst. Zu den Untersuchungen im Bereich der Radioökologie gehören Probenahmen vor Ort, experimentelle Feld- und Laborverfahren sowie die Entwicklung von Simulationsmodellen für die Umweltvorhersage, um die Migrationsmethoden von radioaktivem Material in der Umwelt zu verstehen. ⓘ

Die Praxis umfasst Techniken aus den allgemeinen Wissenschaften Physik, Chemie, Mathematik, Biologie und Ökologie, verbunden mit Anwendungen im Strahlenschutz. Radioökologische Studien liefern die notwendigen Daten für die Dosisabschätzung und Risikobewertung hinsichtlich der radioaktiven Belastung und ihrer Auswirkungen auf die Gesundheit von Mensch und Umwelt. ⓘ

Radioökologen erfassen und bewerten die Auswirkungen von ionisierender Strahlung und Radionukliden auf Ökosysteme und schätzen deren Risiken und Gefahren ein. Das Interesse und die Studien auf dem Gebiet der Radioökologie haben stark zugenommen, um die mit der Katastrophe von Tschernobyl verbundenen Risiken zu ermitteln und zu bewältigen. Die Radioökologie entstand im Zusammenhang mit der Zunahme der nuklearen Aktivitäten, insbesondere nach dem Zweiten Weltkrieg als Reaktion auf die Atomwaffentests und die Nutzung von Kernreaktoren zur Stromerzeugung. ⓘ

Als Teilgebiet des Strahlenschutzes untersucht und beschreiben die Wissenschaftler die Freisetzung von Radionukliden sowohl aus natürlichen und künstlichen Quellen, ihre Verteilung zwischen verschiedenen Umweltreservoiren und ihre Ausbreitung in Luft, Wasser und Boden. Die Radioökologie ermittelt dabei auch Grundlagen für die Berechnung der Strahlendosis von Menschen und anderen Lebewesen durch Aufnahme der Radionuklide in den Körper und durch äußere Bestrahlung. ⓘ

Methoden der Radioökologie sind Ausbreitungsversuche, radiochemische Analysen, die Messung von Radionukliden und Computersimulationen von Ausbreitungen. ⓘ

Geschichte

Strahlungskarte von Tschernobyl 1996 ⓘ

Die künstliche radioaktive Belastung der Umwelt begann mit den Kernwaffentests während des Zweiten Weltkriegs, wurde aber erst in den 1980er Jahren zu einem wichtigen Thema der öffentlichen Diskussion. Das Journal of Environmental Radioactivity (JER) war die erste Literatursammlung zu diesem Thema, die erst 1984 ins Leben gerufen wurde. Als die Nachfrage nach dem Bau von Kernkraftwerken zunahm, wurde es für die Menschheit notwendig zu verstehen, wie radioaktives Material mit verschiedenen Ökosystemen interagiert, um mögliche Schäden zu verhindern oder zu minimieren. Die Folgen von Tschernobyl waren der erste größere Einsatz von radioökologischen Techniken zur Bekämpfung der radioaktiven Verschmutzung durch ein Kernkraftwerk. ⓘ

Die Erfassung der radioökologischen Daten der Tschernobyl-Katastrophe erfolgte auf privater Basis. Unabhängige Forscher sammelten Daten über die verschiedenen Dosierungen und die geografischen Unterschiede zwischen den betroffenen Gebieten und konnten so Rückschlüsse auf die Art und Intensität der durch die Katastrophe verursachten Schäden an den Ökosystemen ziehen. ⓘ

Berechnete Cäsium-137-Konzentration in der Luft nach der Atomkatastrophe von Fukushima, 25. März 2011 ⓘ

Diese lokalen Studien waren die besten verfügbaren Ressourcen, um die Auswirkungen von Tschernobyl einzudämmen, doch die Forscher selbst empfahlen eine stärkere Zusammenarbeit zwischen den Nachbarländern, um künftige radioökologische Probleme besser vorhersehen und kontrollieren zu können, insbesondere in Anbetracht der damaligen Terrorismusbedrohungen und des möglichen Einsatzes einer "schmutzigen Bombe". Japan sah sich mit ähnlichen Problemen konfrontiert, als sich die Nuklearkatastrophe von Fukushima Daiichi ereignete, da die japanische Regierung ebenfalls Schwierigkeiten hatte, gemeinsame Forschungsanstrengungen zu organisieren. ⓘ

2007 fand in Bergen, Norwegen, zum ersten Mal eine internationale Radioökologie-Konferenz statt. Europäische Wissenschaftler aus verschiedenen Ländern hatten drei Jahrzehnte lang auf gemeinsame Anstrengungen zur Bekämpfung der Radioaktivität in der Umwelt gedrängt, aber die Regierungen zögerten, dieses Kunststück zu versuchen, weil die Atomforschung geheim ist und die technologischen und militärischen Entwicklungen konkurrenzfähig bleiben. ⓘ

Zielsetzung

Ziel der Radioökologie ist es, die Konzentrationen von Radionukliden in der Umwelt zu bestimmen, die Methoden ihrer Einbringung zu verstehen und die Mechanismen ihrer Übertragung innerhalb und zwischen Ökosystemen zu beschreiben. Radioökologen bewerten die Auswirkungen sowohl der natürlichen als auch der künstlichen Radioaktivität auf die Umwelt selbst sowie dosimetrisch auf den menschlichen Körper. Da Radionuklide zwischen den verschiedenen Biomen der Erde übertragen werden, sind radioökologische Studien in drei große Unterteilungen der Biosphäre gegliedert: Landumwelt, ozeanische und aquatische Umwelt und nicht ozeanische aquatische Umwelt. ⓘ

Wissenschaftlicher Hintergrund

Nukleare Strahlung ist für die Umwelt sowohl kurzfristig (Sekunden oder Bruchteile davon) als auch langfristig (Jahre oder Jahrhunderte) schädlich und beeinflusst die Umwelt sowohl auf mikroskopischer (DNA) als auch auf makroskopischer (Bevölkerung) Ebene. Das Ausmaß dieser Auswirkungen hängt von externen Faktoren ab, insbesondere im Falle des Menschen. Die Radioökologie umfasst alle radiologischen Wechselwirkungen zwischen biologischem und geologischem Material sowie zwischen den verschiedenen Phasen der Materie, da jede von ihnen Radionuklide tragen kann. ⓘ

Gelegentlich ist der Ursprung von Radionukliden in der Umwelt tatsächlich die Natur selbst, da einige geologische Standorte reich an radioaktivem Uran sind oder Radonemissionen erzeugen. Die größte Quelle ist jedoch die künstliche Verschmutzung durch Kernschmelzen oder den Ausstoß von radioaktiven Abfällen aus Industrieanlagen. Die gefährdeten Ökosysteme können auch ganz oder teilweise natürlich sein. Ein Beispiel für ein vollständig natürliches Ökosystem wäre eine Wiese oder ein alter Wald, der vom Fallout eines nuklearen Unfalls wie Tschernobyl oder Fukushima betroffen ist, während es sich bei einem halbnatürlichen Ökosystem um einen Sekundärwald, einen Bauernhof, einen Stausee oder eine Fischerei handeln könnte, die durch eine Quelle von Radionukliden gefährdet sind. ⓘ

Einfache krautige oder zweischalige Arten wie Moose, Flechten, Venus- und Miesmuscheln sind oft die ersten Organismen, die vom Fallout in einem Ökosystem betroffen sind, da sie sich in unmittelbarer Nähe zu den abiotischen Quellen der Radionuklide befinden (atmosphärische, geologische oder aquatische Übertragung). Diese Organismen weisen oft die höchsten messbaren Konzentrationen von Radionukliden auf, was sie zu idealen Bioindikatoren für die Messung der Radioaktivität in Ökosystemen macht. In Ermangelung ausreichender Daten müssen Radioökologen oft auf Analoga eines Radionuklids zurückgreifen, um bestimmte ökotoxikologische oder metabolische Auswirkungen seltener Radionuklide zu bewerten oder Hypothesen darüber aufzustellen. ⓘ

Im Allgemeinen konzentrieren sich die Techniken der Radioökologie auf die Untersuchung des Umwelt-Bioelektromagnetismus, der Bioelektrochemie, der elektromagnetischen Verschmutzung und der Isotopenanalyse. ⓘ

Radioökologische Bedrohungen

Im 21. Jahrhundert ist die Erde durch die Anhäufung von nuklearen Abfällen und die Möglichkeit des Nuklearterrorismus gefährdet, die beide zu Lecks führen könnten. ⓘ

Radioaktivität aus der nördlichen Hemisphäre ist seit Mitte des 20. Jahrhunderts nachweisbar. Einige hochgiftige Radionuklide haben eine besonders lange radioaktive Halbwertszeit (in einigen Fällen bis zu Millionen von Jahren), was bedeutet, dass sie praktisch nie von selbst verschwinden werden. Die Auswirkungen dieser Radionuklide auf biologisches Material (in Verbindung mit ihrer Radioaktivität und Toxizität) ähneln denen anderer Umweltgifte, so dass sie in Pflanzen und Tieren nur schwer nachzuweisen sind. ⓘ

Beseitigung von 1500 Kubikmetern Boden, der mit extrem schwachem Atommüll kontaminiert ist, im Kernkraftwerk Fort Greely in Alaska. ⓘ

Einige alternde Kernkraftwerke waren ursprünglich nicht für eine so lange Betriebsdauer vorgesehen, und die Folgen ihrer Abfallentsorgung waren bei ihrer Errichtung nicht ausreichend bekannt. Ein Beispiel dafür ist die Freisetzung des Radionuklids Tritium in die Umgebung als Folge der nuklearen Wiederaufbereitung, da diese Komplikation in den ursprünglichen Abfallentsorgungsvorschriften nicht vorgesehen war. Es ist schwierig, von diesen Verfahren abzuweichen, wenn ein Reaktor bereits in Betrieb ist, da jede Änderung entweder die Gefahr birgt, dass noch mehr radioaktives Material freigesetzt wird, oder die Sicherheit der mit der Entsorgung befassten Personen gefährdet ist. Der Schutz des menschlichen Wohlbefindens war und ist auch heute noch oberstes Ziel der radioökologischen Forschung und Risikobewertung. ⓘ

Die Radioökologie stellt häufig die Frage nach der Ethik des Schutzes der menschlichen Gesundheit gegenüber dem Schutz der Umwelt im Interesse des Kampfes gegen das Aussterben anderer Arten, aber die öffentliche Meinung zu diesem Thema ändert sich. ⓘ