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Auswirkungen auf die Landwirtschaft

Die Untersuchung der Mobilität radioaktiver Elemente in unserer Umwelt und deren Transport zum Menschen erlebte in den letzten Jahren einen Aufschwung. Als Gründe dafür sind einerseits der Reaktorunfall von Tschernobyl im Jahre 1986 und andererseits die Diskussion um die Sicherheit der Atomkraftwerke und die Endlagerung radioaktiver Abfälle anzusehen.

Die erwähnten Gründe führen zwangsläufig zu einem erhöhten Handlungsbedarf der Behörden. Diese benötigen Entscheidungshilfen um radiologisch sinnvolle und ökonomisch vertretbare Maßnahmen setzen zu können. Dazu ist es notwendig, sich mit den grundlegenden Prozessen zu beschäftigen, die zu einer Anreicherung von Radionukliden in der Nahrung führen.

Dieses Kapitel soll mittels einfacher Modellansätze einen Überblick geben, wie sich Radionuklide in der Umwelt verhalten und welche Möglichkeiten zur Reduktion der Nahrungsmittelbelastung bestehen.

Radionuklidtransfer in der Biosphäre

Die Deposition (Ablagerung) der Radionuklide stellt deren eigentlichen Eintritt in das Agro-Ökosystem dar. Dabei unterscheidet man prinzipiell die trockene und nasse Deposition.

Unter trockener Deposition versteht man den Übergang von Gasen und luftgetragenen Partikeln aus der bodennahen Luft auf die Boden- und Pflanzenoberfläche. Besonders großen Einfluss auf die Menge der Ablagerung hat der Pflanzenbewuchs. Das heißt, je dichter der Pflanzenbestand, um so größer ist die Depositionsgeschwindigkeit und die zu erwartende Deposition. Daher ist insbesondere in Wäldern mit erhöhten Depositionen zu rechnen.

Von besonderer Bedeutung für die Kontamination von Pflanzen ist die Naßdeposition. Dabei kommt es vor allem auf den Aktivitätsanteil des Regenwassers an, der von der Pflanze zurückgehalten wird (Interzeption). Die Größe der Interzeption ist natürlich stark vom Entwicklungszustand der Pflanzen abhängig und unterliegt daher großen jahreszeitlichen Schwankungen, wobei insbesondere die Größe der Blattfläche, die Blattneigung, die Oberflächenbeschaffenheit der Blätter und die Regenmenge als Einflussfaktoren zu nennen sind. Die von den Pflanzen zurückgehaltene Aktivität ist proportional zu der nach einem Niederschlagsereignis gespeicherten Wassermenge.

Blattaufnahme von Radionukliden und deren Verteilung in der Pflanze

Das Durchdringen der Blattoberfläche kann einerseits durch Diffusion von Ionen und Molekülen oder durch Aufnahme gasförmiger Radionuklide erfolgen. Die aufgenommenen radioaktiven Substanzen werden durch die Transportsysteme der Pflanze verteilt und abhängig von den chemischen Eigenschaften in bestimmten Pflanzenteilen eingelagert.

Ein Teil der deponierten Radionuklidmenge verbleibt auf der Blattoberfläche und kann durch Niederschläge abgewaschen werden. Dies führt gemeinsam mit der Auswaschung von bereits im Blatt befindlichen Radionukliden und dem Verlust von älteren Blättern zu einer Abnahme der Aktivität in der Pflanze.

Das Ausmaß der Pflanzenkontamination ist vom Entwicklungsstadium der Pflanzen und somit von der Jahreszeit in entscheidender Weise abhängig. Radionukliddepositionen im Winter haben eine relativ geringe Kontamination der Pflanzen zur Folge, manche Pflanzen werden überhaupt nicht kontaminiert. Während der Vegetationsperiode gibt es wesentliche Unterschiede zwischen vegetativer und generativer Phase. Bei Erreichen der generativen Phase nimmt der Assimilatestrom von den Blättern zu den Speicherorganen und auch die Verlagerung von radioaktiven Substanzen zu. Im Laufe des Reifeprozesses geht die Stoffwechselaktivität wieder zurück.

Neben den geschilderten pflanzenphysiologischen Einflussfaktoren sind die Prozesse der Resuspension* und des soil splash* zu beachten.
* Unter Resuspension versteht man den Übergang von radioaktiven Partikel vom Boden in die Atmosphäre. Die Ursachen dafür sind Wind, Verkehr und landwirtschaftliche Bodenbearbeitung.
* Soil splash ist die Direktkontamination von Pflanzen durch Bodenpartikel, die von abprallenden Wassertropfen mitgerissen werden. Beide Prozesse können zu einer erheblichen Kontamination des Erntegutes führen.

Radionuklide im System Boden - Pflanze

Vergleicht man die verschiedenen Teile des Ökosystems bezüglich ihrer Fähigkeit Radionuklide zu binden, dann kommt dem Boden die größte Bedeutung zu. So kann man zum Beispiel mehr als dreißig Jahre nach der Cäsium (137Cs) Kontamination eines gemischten Hartholzbestandes in Oak Ridge (Tennessee) mehr als 99,9% der deponierten Aktivität im Boden finden. Der Boden hat also die Bindefunktion im Ökosystem. Allerdings ist der Boden auch die wichtigste Quelle für den Eintritt von Radionukliden in die Nahrungskette.
Das Festhaltevermögen verschiedener Böden für radioaktive Substanzen ist sehr unterschiedlich und wird vor allem von ihrem Tongehalt bestimmt.
Versuche haben ergeben, dass über 95% der radioaktiven Substanzen durch den Boden fixiert werden. So sind z.B. 60-70% der radioaktiven Isotope, besonders Strontium 90 und Cäsium 137 in den ersten 5 cm des Bodens zu finden, ca. 80% in den ersten 10 cm. Unterhalb einer Tiefe von 20 cm ist im allgemeinen keine Belastung mehr feststellbar.

Das chemische Verhalten der Isotope, die den größten Anteil bei einem Reaktorunfall ausmachen, ist von besonderer Bedeutung. Einige Beispiele:

  • Cäsium ist im Boden wenig mobil. Die Pflanzenverfügbarkeit und Mobilität des Cäsiums stehen mit der Fixierungskapazität des Bodens in enger Verbindung. Der Pflanzennährstoff Kalium hemmt die Cäsiumaufnahme der Pflanzen.
  • Strontium ist im Boden leicht pflanzenverfügbar, nur relativ kleine Anteile des Gesamtgehaltes sind nicht austauschbar. Steigende austauschbare Calciumgehalte vermindern den Strontium - Transfer in die Pflanze.
  • lutonium liegt im Boden vor allem als Plutoniumdioxyd vor und ist in dieser Form nur wenig mobil und pflanzenverfügbar.
  • Die Bindung von radioaktivem Jod im Boden hängt vor allem von der biologischen Aktivität des Bodens ab.
    Ein biologisch aktiver Boden kann innerhalb von 120 bis 180 Stunden 99% der deponierten Jodmenge fixieren.

Das Ausmaß der Aufnahme von Radionukliden in die Pflanze ist schwer voraussagbar. Die Stoffaufnahme wird von einer Vielzahl von Faktoren bestimmt, die zwar qualitativ bekannt sind, deren quantitativer Einfluss jedoch zumeist nur ungenügend erfasst ist.

Radionuklidtransfer Pflanze - Tier

Der Grad der inneren Verstrahlung des tierischen Organismus wird vor allem von der aufgenommenen Menge radioaktiver Stoffe im Magen-Darm-Trakt bestimmt.. Die Schwere der Schädigung ist von bestimmten Faktoren abhängig wie z.B. Art der Substanzen, Löslichkeit im Organismus, Alter der Tiere. Während bei der äußeren Strahleneinwirkung diese dadurch beendet wird, dass die Strahler entfernt werden, vergrößert sich der Schaden bei der inneren Verstrahlung durch die ständige Einwirkung des radioaktiven Strahlers.

Diese innere Strahlenbelastung hält so lange an, bis es durch die ständigen Kernumwandlungen der radioaktiven Isotope allmählich zum Versiegen der Strahlung kommt und aufgrund des ständigen Stoffwechsels im Organismus die radioaktiven Produkte den Körper wieder verlassen haben.

Die Aufnahme von Cäsium im Darmtrakt ist für monogastrische Tiere (zum Beispiel Schweine oder Geflügel) praktisch vollständig, für Wiederkäuer liegt die Absorption bei 60%. Eine relative Anreicherung des Cäsiums ist für die Skelettmuskulatur festgestellt worden. Das bedeutet, dass 60 bis 70% des Cäsiums in den Muskeln zu finden ist.

Jod, ein für das Tier essentielles Element, wird zu einem großen Teil in der Schilddrüse gespeichert. Zum Transfer von Jod 131 in Fleisch existieren nur wenige Daten. Allerdings ist dieser Expositionspfad aufgrund der geringen physikalischen Halbwertszeit (8 Tage) zu vernachlässigen.

Das durch Haustiere aufgenommene Strontium wird zu zirka 10 - 25% eingelagert. Etwa 90% des eingelagerten Strontiums findet sich im Skelett, der Rest verteilt sich auf die anderen Organe und Gewebe.

Verstrahlung von Futtermitteln und Wasser zum Tränken

Der Staub des radioaktiven Niederschlags kann sich auf ungeschützte Futtermittel und Wasser legen und diese somit kontaminieren. Dadurch wird ihre Verwendungsfähigkeit über eine längere Zeit eingeschränkt oder überhaupt ausgeschlossen. Um dies zu verhindern, sollten Sie Futtermittel mit geeigneten Planen abdecken, Silos schließen und Brunnen abdichten.

Der radioaktive Niederschlag lagert sich auf der Oberfläche ab. Bei porösen Produkten können die Partikel auch in die Poren eindringen.

Die Eindringtiefe des radioaktiven Niederschlags in die Futtermittel ist abhängig von

  • der Art des Futters,
  • der Lagerung,
  • den meteorologischen Bedingungen.

In Getreide, das aufgeschüttet gelagert wird, dringen radioaktive Stoffe ungefähr 2 - 3 cm ein.
Wird das Getreide in Säcken gelagert, beträgt die Eindringtiefe ca. 1 cm.

In geschüttetes Heu dringen radioaktive Stoffe ca. 10 - 20 cm tief ein.
Wird das Heu in Ballen gelagert, beträgt die Eindringtiefe nur noch 3 - 5 cm.
Zu beachten ist jedoch, dass die Eindringtiefe bei frischem Heu zum Teil noch über 20 cm liegen kann.

Wind und Regen bewirken in allen Fällen ein tieferes Eindringen des radioaktiven Niederschlags in die Futtermittel. Durch kontaminierte Behältnisse und Transportmittel kann es zu einer weiteren Verunreinigung der Futtermittel kommen.

Der radioaktive Niederschlag gelangt auch in offene Gewässer und in nicht abgedeckte Brunnenschächte. Die radioaktiven Spaltprodukte und die anderen Teilchen des Niederschlags bilden im Wasser Aufschwemmungen (Suspensionen), setzen sich am Boden ab und lösen sich im Wasser auf.

In großen Gewässern verringert sich die Radioaktivität durch die Verdünnung und Verteilung der strahlenden Teilchen auf einen größeren Bereich und durch das relativ schnelle Absetzen auf dem Boden der Gewässer. In kleinen und flachen Gewässern bleibt das Wasser allerdings über einen längeren Zeitraum radioaktiv verstrahlt. Eine besonders hohe radioaktive Verstrahlung weisen Regen- und Schmelzwasser auf. Werden Zisternen zum Zeitpunkt eines radioaktiven Niederschlages zur Gänze mit Regenwasser gefüllt, so weist dieses Wasser die gleiche Konzentration wie der Niederschlag (Regen, Schmelzwasser) auf. Wird nur ein Teil der Zisterne aufgefüllt, so kann eine deutliche Verdünnung der radioaktiven Substanzen erreicht werden. Kann der weitere Zufluss von radioaktiv verstrahltem Wasser verhindert werden, ist der restliche Inhalt zum Tränken der Tiere verwendbar. Wird der Zufluss von belastetem Wasser nicht unterbunden hängt die Verwendbarkeit von der Höhe der Belastung ab.

 
 
 
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