De impact van radioactieve vervuiling is niet overal gelijk. Terwijl het ene bodemtype radioactieve deeltjes veilig vasthoudt, laat een ander type bodem radioactieve stoffen vlot opnemen door de gewassen die erop groeien. Begrijpen hoe radioactieve deeltjes zich gedragen in diverse bodems op onze planeet, is dus belangrijk om goed voorbereid te zijn op een eventuele radioactieve vervuiling.
Foto's: Robin Nauts (openingsfoto) en Nele Horemans.
Het is nog vroeg in de ochtend wanneer ik naar het werk rijd bij het Belgische nucleaire onderzoekscentrum SCK CEN. Hoe dichter ik mijn werk nader, hoe sneller ik mijn hart voel kloppen. Het is een spannende dag. Vandaag mag ik – onder toeziend oog van een stralingsagent – mijn experiment opstellen. In dat experiment zal ik kleine hoeveelheden radioactief cesium mengen in bodems van over de hele wereld. Ik parkeer mijn auto en kom bij het laboratorium aan, waar de stralingsagent al op me staat te wachten. ‘Goeiemorgen, klaar voor?’, vraagt zij.
Ik doe mijn labojas aan, schuif een ringdosimeter om mijn vinger en neem een actieve dosimeter uit het rek. Die dosimeters – samen met de passieve dosimeter die ik al draag – zorgen ervoor dat ik veilig met radioactieve stoffen kan werken. Ze registreren de hoeveelheid radioactiviteit waaraan ik word blootgesteld. ‘Zeker’, antwoord ik enthousiast. Samen gaan we het laboratorium binnen.
Daar staan stalen van verschillende bodemtypes klaar, waaraan ik radioactief cesium in lage concentraties zal toevoegen. Ik wil namelijk onderzoeken in welke mate planten die erop groeien, radioactief cesium opnemen en welke invloed bodemeigenschappen erin spelen. Want hoeveel radioactiviteit planten uit de bodem slurpen, is voor elke bodem anders. Daarom is dit laboratoriumonderzoek nuttig. Het biedt inzicht in situaties waarover we nog weinig weten, zoals de opname van radioactief cesium door planten die groeien in verschillende bodems.
Competitie in de bodem: kalium vs. radiocesium
Wanneer radioactief cesium (of kort ‘radiocesium’) in de bodem terechtkomt, gedraagt het zich op dezelfde manier als kalium. Kalium komt van nature voor in de bodem. Een deel van het kalium lost op in het bodemvocht en kan door planten worden opgenomen. Kalium is een belangrijk voedingsstof voor planten. Als er veel kalium in de bodem aanwezig is, kan een plant kalium beter onderscheiden van radiocesium. In een kaliumarme bodem kan een hongerige plant zich makkelijk vergissen en zal ze meer radiocesium opnemen.
Ezelsoren van kleimineralen
De bodem bestaat deels uit kleimineralen. Die mineralen zijn kleiner dan 2 micrometer, vergelijkbaar met de dikte van een spinnenwebdraad, en hebben gelaagde structuren. Sommige mica-kleimineralen hebben gerafelde randen, vergelijkbaar met de ezelsoren van een dik boek. De opening van de gerafelde randen is de ideale grootte voor radiocesium om zich eraan te binden. Radiocesium kan zich stevig vasthechten aan die randen, waardoor het niet in de bodemoplossing terechtkomt en dus niet beschikbaar is voor planten.
Bodemtypes verschillen wereldwijd
Niet alle kleimineralen hebben gerafelde randen. Of de bodem dit type kleimineralen bevat, hangt af van de bodemsamenstelling en het klimaat. Zelfs aan de hand van de kleur van de bodem onder je voeten kan je zien dat samenstellingen sterk kunnen verschillen. Zo bevat de rode bodem in Kenia of India kleimineralen met weinig gerafelde randen, terwijl de beige bodem in Frankrijk of Marokko dan weer uit veel gerafelde klei bestaat. Ook dichter bij huis verschillen bodemtypes. Zo kleurt de bodem in het Hageland geel door de ijzerzandsteen, terwijl de bodem bruin kleurt in de Leemstreek. Radiocesium zal zich niet in elke bodem hetzelfde gedragen omdat de bodemsamenstelling sterk kan verschillen.
Oogst van bevestiging en mysterie
De stralingsagent ziet er op toe dat ik radiocesium correct gebruik, de veiligheidsmaatregelen in acht neem en de richtlijnen naleef. Nu mag ik het radiocesium in lage concentraties in de plantenvoeding doen en dit vervolgens mengen met de bodems in grote emmers. Over twee maanden zal ik er gras in zaaien – laat het gras maar groeien – en nog een maand later zal ik de grasscheuten oogsten en de radioactiviteit meten.
Met de kennis die we nu hebben, kunnen we voorspellen wat er zal gebeuren. Bodems die rijk zijn aan kalium met veel mica-kleimineralen, zullen het radiocesium grotendeels kunnen tegenhouden en voorkomen dat het door het gras opgenomen wordt. Kaliumarme bodems met weinig mica-kleimineralen zullen echter minder goed in staat zijn om het radiocesium tegen te houden. De bodems die ertussen vallen, zijn een mysterie. Dat maakt experimenteel onderzoek zo spannend!
Intussen zijn we een maand later. Het gras is groot genoeg om te kunnen oogsten. Ik neem de grasscheuten in mijn linkerhand en met de schaar in mijn rechterhand knip ik voorzichtig alle scheuten af, die ik vervolgens in een aluminium bakje leg. De bakjes gaan een week in de oven op 60°C, totdat alle scheuten droog zijn. Daarna verassen we de scheuten bij een temperatuur van meer dan 500°C en steken ze in een sterk zuur. Zodra de scheuten volledig opgelost zijn, zijn ze klaar om in het toestel te worden geplaatst dat de radioactiviteit nauwkeurig meet.
Het voordeel van ontdekkingen uit het labo
De gemeten resultaten verschijnen op mijn computer. Met behulp van de bodeminformatie probeer ik de puzzel te leggen en te verklaren waarom het gedrag van radiocesium in de ene bodem verschilt van de andere. Zo houdt bijvoorbeeld een lemige bodem uit de Polders meer dan 100 keer meer radiocesium vast dan een zanderige bodem uit de Kempen. Door dit experiment uit te voeren in het laboratorium komen we een stap dichter bij het begrijpen van hoe radiocesium zich gedraagt in verschillende bodems wereldwijd. Meer interesse in dit onderzoek? Het artikel wordt gepubliceerd in het vakblad Environmental Science and Technology.
