Transport of super(137)Cs and super(239,240)Pu with ice-rafted debris in the Arctic Ocean

• Published in: Arctic Vol. 51; no. 1; pp. 27 - 39
• Main Authors: Landa, E R, Reimnitz, E, Beals, D M, Pochkowski, J M, Winn, W G, Rigor, I
• Format: Journal Article
• Language: English
• Published: 01-03-1998
• Subjects: PNE, Kara Sea
• ISSN: 0004-0843

Ice rafting is the dominant mechanism responsible for the transport of fine-grained sediments from coastal zones to the deep Arctic Basin. Therefore, the drift of ice-rafted debris (IRD) could be a significant transport mechanism from the shelf to the deep basin for radionuclides originating from nuclear fuel cycle activities and released to coastal Arctic regions of the former Soviet Union. In this study, 28 samples of IRD collected from the Arctic ice pack during expeditions in 1989-95 were analyzed for super(137)Cs by gamma spectrometry and for super(239)Pu and super(240)Pu by thermal ionization mass spectrometry. super(137)Cs concentrations in the IRD ranged from less than 0.2 to 78 Bq/kg (dry weight basis). The two samples with the highest super(137)Cs concentrations were collected in the vicinity of Franz Josef Land, and their backward trajectories suggest origins in the Kara Sea. Among the lowest super(137)Cs values are seven measured on sediments entrained on the North American shelf in 1989 and 1995, and sampled on the shelf less than six months later. Concentrations of super(239)Pu + super(240)Pu ranged from about 0.02 to 1.8 Bq/kg. The two highest values came from samples collected in the central Canada Basin and near Spitsbergen; calculated backward trajectories suggest at least 14 years of circulation in the Canada Basin in the former case, and an origin near Severnaya Zemlya (at the Kara Sea/Laptev Sea boundary) in the latter case. While most of the IRD samples showed super(240)Pu/ super(139)Pu ratios near the mean global fallout value of 0.185, five of the samples had lower ratios, in the 0.119 to 0.166 range, indicative of mixtures of Pu from fallout and from the reprocessing of weapons-grade Pu. The backward trajectories of these five samples suggest origins in the Kara Sea or near Severnaya Zemlya.Original Abstract: Le transport glaciel constitue le principal mecanisme responsable du transport des sediments a grain fin depuis les zones cotieres jusqu'a la fosse du bassin Arctique. La derive des debris du transport glaciel pourrait constituer un important mecanisme de transport, depuis la plate-forme continentale jusqu'a la fosse marine, pour des radionucleides provenant d'activites connexes au cycle du combustible nucleaire, radionucleides qui sont elimines vers les zones cotieres arctiques de l' ancienne Union Sovietique. Dans cette etude, on a analyse 28 echantillons de debris de transport glaciel recueillis dans la glace arctique au cours d'expeditions effectuees de 1989 a 1995, en vue d'y deceler du super(137)Cs par spectrometrie gamma ainsi que du super(239)Pu et du super(240)Pu par spectrometrie de masse realisee par thermo-ionisation. Les concentrations de super(137)Cs dans les debris de transport glaciel allaient de moins de 0,2 a 78 Bq times kg super(-1) (poids sec). Les deux echantillons ayant les concentrations en super(137)Cs les plus elevees ont ete recueillis a proximite de l'archipel Francois-Joseph, et leurs trajectoires regressives suggerent qu'ils proviennent de la mer de Kara. Parmi les plus faibles valeurs de super(137)Cs, sept ont ete mesurees sur des sediments arrives sur la plate-forme continentale nord-americaine en 1989 et 1995 et preleves sur celle-ci moins de six mois plus tard. Les concentrations en super(239)Pu et super(240)Pu allaient d'environ 0,02 a 1,8 Bq times kg super(-1). Les deux valeurs les plus elevees venaient d'echantillons recueillis au centre du bassin Canada et pres du Spitzberg; le calcul des trajectoires regressives suggere que le super(239)Pu est reste au moins 14 ans en circulation dans le bassin Canada et que le super(240)Pu tire son origine des environs de Severnaiea Zemlia (a la frontiere de la mer de Kara et de lamer des Laptev). Tandis que la plupart des echantillons de debris de transport glaciel revelaient des rapports super(240)Pu/ super(239)Pu proches de la valeur moyenne (0,185) des retombees radioactives mondiales, cinq des echantillons affichaient des rapports inferieurs, allant de 0,119 a 0,166. Cette fourchette est caracteristique de melanges de Pu provenant de retombees radioactives et du retraitement du Pu pouvant etre utilise a des fins militaires. Les trajectoires regressives de ces cinq echantillons suggerent qu'ils proviennent de la mer de Kara ou des environs de Severnaiea Zemlia.