Werk dat in 2017 begon als een opdracht in de voorjaarsvakantie voor leden van een eerstejaars seminar van William &Mary, groeide onverwacht uit tot een serieus onderzoek naar de aanwezigheid van een radioactieve isotoop in honing in het oosten van de VS.

De isotoop is cesium-137, een overblijfsel van atoombomtests uitgevoerd tijdens de Koude Oorlog. Jim Kaste, een universitair hoofddocent bij de afdeling Geologie van de universiteit, meldt dat 68 van de 122 honingmonsters van Maine tot Florida verschillende hoeveelheden cesium-137 vertonen.

Cesium-137-besmetting van voedsel leidde tot bezorgdheid na de nucleaire incidenten in Tsjernobyl en Fukushima, maar Kaste zei dat de niveaus van cesium-137 die hij in honing heeft gevonden ver onder de niveaus liggen die de autoriteiten ertoe brachten voedsel van de markt te halen na die rampen met kerncentrales.

"Ik probeer mensen niet te vertellen dat ze geen honing moeten eten. Ik geef mijn kinderen honing, "Zei Kaste. "Ik eet nu meer honing dan toen ik aan dit project begon."

Het onderzoek is gepubliceerd in "Bomb ¹³⁷ Cs in moderne honing onthult een regionale bodemcontrole op de kringloop van vervuilende stoffen door planten, " in het journaal Natuurcommunicatie . Co-auteurs zijn Andrew J. Elmore van het University of Maryland Centre for Environmental Science en Paul Volante '20, die lid was van het COLL 150-seminar dat het fenomeen aan het licht bracht.

Een meerstapshypothese

Kaste biedt een meerstapshypothese van hoe cesium-137 enorme afstanden heeft afgelegd - zelfs de Stille Oceaan overgestoken - om te eindigen in potten honing van bijenkorven aan de oostkust van Amerika. De hypothese gaat ook in op waarom cesium-137 in sommige gebieden meer voorkomt dan in andere.

Cesium-137 is een bijproduct van de splijting van uranium-plutonium, een onderdeel van de neerslag van H-bomtestexplosies uitgevoerd door de VS en de Sovjet-Unie op locaties variërend van New Mexico en Nevada tot de Marshalleilanden en de Russische Arctische archipel Novaya Zemlya. De bomtests varieerden in omvang en Kaste zei dat het onmogelijk is om de precieze bom te bepalen die het cesium-137 produceerde dat in welke regio dan ook werd gevonden. laat staan ​​een specifieke pot honing.

"Maar we weten dat de cesium-137-productie van de Stille Oceaan en de Russische sites meer dan 400 keer de productie was van de explosies in New Mexico en Nevada, ' zei hij. 'Een enkele Russische bom, de tsaarbom, was meer dan 50 keer krachtiger dan alle tests in Nevada en New Mexico samen."

Kaste legde uit dat wat niet op de aarde viel in de buurt van de testlocaties, hoog in de atmosfeer meedreef - en in de stratosfeer in het geval van de grotere explosies. De heersende winden droegen het cesium naar het oosten totdat de isotoop naar de aarde werd gebracht door de overvloedige regenval in het oosten van de V.S.

Kaste's onderzoek naar single-source honing toonde enkele trends. Bijvoorbeeld, honingmonsters uit Virginia Piedmont waren vrijwel cesiumvrij. Ter vergelijking, honing uit Noord-Carolina naar het zuiden toonde vaak de aanwezigheid van cesium-137. Florida-honing was vooral 'heet'.

Cesium niveaus werden gemengd uit Virginia noorden, - maar nieuwsgierig, begon weer op te duiken in Maine.

"Ik sprak met een imker in Maine, en hij vertelde me dat ze hun bijenkorven naar het zuiden sturen voor de winter, ' zei Kaste. 'Maine wordt te koud voor bijen.'

Het is de bodemchemie

Toen het cesium door regenval naar de aarde werd gebracht, het zou logisch zijn dat de gebieden met de meeste jaarlijkse neerslag de neiging zouden hebben om cesium-geregen honing te produceren. Maar dat was niet het geval. Het geheim van de cesium-honingverbinding, vonden de medewerkers, zat in de bodemchemie, vooral het kaliumgehalte.

De onderzoekers trokken hun honingmonsters uit op een kaart met de kaliumspiegels in elke provincie. Ze vonden een duidelijke en omgekeerde correlatie:cesium-geregen honing was afkomstig van bodems met een laag kaliumgehalte, zoals die van de Carolina's naar beneden.

"Kalium is een belangrijke voedingsstof voor planten, ' zei hij. 'En kalium- en cesiumatomen lijken erg op elkaar.'

Planten die op zoek waren naar kalium namen het cesium op, Kaste legde uit, eraan toevoegend dat de vervanging niet plaatsvond waar de grond kaliumrijk was. Maar in kaliumarme grond, de planten nemen op wat het beste lijkt, doorgeven via nectar aan de bijen. De bijen vergroten het cesium tijdens het maken van honing.

De honingsonde vond zijn oorsprong in GEOL 150:Radioactive Pollution. Kaste zei dat hij zich realiseerde dat zijn studenten - en misschien zelfs de ouders van zijn studenten - geen ervaring hadden met atoombomangst, de bomtests en de oefeningen voor civiele bescherming op school die daarop volgden.

Hij bedacht een praktische demonstratie om de klas te laten zien dat het atoombomtijdperk voortduurt - in ons eten. Hij gaf de studenten een opdracht voor de voorjaarsvakantie:breng wat lokaal geproduceerd voedsel mee.

De studenten kwamen terug met een verscheidenheid aan etenswaren van verschillende locaties. Appels, ahornsiroop, pecannoten, hop. Paul Volante verving een maat om citrus uit Florida terug te brengen:"Ik heb voor de sinaasappels betaald."

Seminarleden gebruikten Kaste's gammadetector om hun voedingsmiddelen te testen op de aanwezigheid van cesium-137. Kaste de resultaten waren leerzaam, "een vleugje cesium hier, een vleugje cesium daar, " totdat een monster de aanwezigheid van de isotoop aantoonde op niveaus die meer dan 100 keer de andere waren. Het kwam uit een pot honing die was verkregen van een boerenmarkt in North Carolina.

"Ik heb het opnieuw gemeten omdat ik dacht dat er iets met de container was gebeurd of mijn detector gek was. Ik reproduceerde de meting. En het was, opnieuw, 100 keer heter dan al deze andere voedingsmiddelen."

De honingzoektocht begint

Kaste begon een honingzoektocht over een groot deel van het oosten van de Verenigde Staten, ondersteund door een Joseph J. Plumeri Award for Faculty Excellence en financiering van het William &Mary Office of the Provost. Hij zette Paul Volante aan het werk.

"In principe, Ik begon met het vinden van honingproducenten, " zei Volante. "Ik moest verifiëren dat ze lokaal waren, kleinschalige honingproducenten. En dus zou ik ze mailen. We zouden het bestellen en als het eenmaal hier was, dan zouden we het meestal in deze petrischaal van 150 milliliter gieten."

Volante kwam als eerstejaars op de begane grond van het honingproject terecht en bleef daar gedurende zijn vier jaar bij William &Mary en daarna. Na afstuderen, Volante werd aangenomen als technicus bij de afdeling Geologie; hij bereidt zich nu voor op een Ph.D. programma bij Penn State. Hij studeerde dubbele geologie en scheikunde, een combinatie die volgens hem goed van pas kwam in zijn zoektocht naar een doctoraatsopleiding.

"Het is een doctoraat in de geowetenschappen, "zei hij. "Het is echt geochemie - scheikunde toepassen in een geologische context."

Zijn vermelding als co-auteur op een paper in Natuurcommunicatie deed zijn aanvraag bij Penn State geen pijn, of. Volante stapte soepel over van deelnemer aan dat eerstejaars seminar naar laboratoriummedewerker naar co-auteur.

De dingen werden plakkerig toen de honing in het gammalab arriveerde. Volante ondervond dezelfde problemen die honinggebruikers thuis tegenkomen:netjes gieten zonder overal honing te krijgen. Hij ontwikkelde een techniek die rommel verzachtte.

"Eerlijk gezegd, wat voor mij werkt is dit:omdat de honing zo stroperig is, als je eenmaal begint te gieten, er is een vertraging, " legde hij uit. "Als je water giet, het gaat gewoon allemaal meteen. Maar de honing blijft zo achter dat je het een beetje kunt gaan gieten, doe dan een kleine draai."

Zodra het honingmonster veilig in de petrischaal zit, het gaat een paar dagen in de gammadetector. De detector registreert interacties van de gammadeeltjes die worden uitgezonden als het cesium-137 vervalt.

Volante werkte met Kaste tijdens zijn bachelorjaren bij William &Mary. Hij richtte zijn afstudeerscriptie op een verwante isotoop, americium-241. Kaste legde uit dat americium-241 een "plutoniumdochter" is en een product van bomsplijting, zoals cesium-137.

"Americium-241 is een beetje overal, "Zei Kaste. Het is in lagere concentraties dan cesium. Maar het wordt niet opgenomen door planten, dus americium-241 komt niet in honing terecht."

De onverschilligheid van planten voor americium-241, gecombineerd met de halfwaardetijd van de isotoop van ongeveer 400 jaar, maakt het waardevol voor Volante en andere milieugeologen die geïnteresseerd zijn in het dateren van sediment, zei Kaste.

De dominante stralingsverontreinigende stof

Maar hij voegde eraan toe dat cesium-137, met een halfwaardetijd van ongeveer 30 jaar, blijft de dominante vorm van ioniserende stralingsvervuiling in het milieu, zelfs 60 jaar nadat de bomtests waren geëindigd. En Kaste wees erop dat de dominante bronnen van cesium-137-besmetting in de oostelijke VS die bomtests zijn, geen ongelukken met kerncentrales.

De Nature Communications-paper merkt op dat infiltratie van cesium-137 in het menselijke dieet al enige tijd een punt van zorg is:Kaste zei dat de Amerikaanse regering wijdverbreide testen van melk heeft uitgevoerd op de aanwezigheid van cesium-137 en andere radionucliden uit het tijdperk van de Koude Oorlog tot de jaren 80. Hij zei dat hij gegevens had gevonden van de melktesten, die consequent hogere niveaus van besmetting vertoonden in monsters uit Florida.

Er is geen bericht dat melk van de markt is gehaald voor hoge cesium-137-gehalten, Kaste zei, herhalend dat zijn honingstudies geen aanleiding zouden moeten geven tot bezorgdheid over menselijke consumptie. Maar insecten kunnen een heel andere zaak zijn.

"Wat we vandaag zien, is een klein deel van de straling die aanwezig was in de jaren zestig en zeventig, " zei hij. "En we kunnen niet met zekerheid zeggen of cesium-137 iets te maken heeft met de ineenstorting van de bijenkolonie of de achteruitgang van de bevolking."

Kaste zei dat hij hoopt dat het honingwerk de lange levensduur van milieuverontreinigende stoffen illustreert. vooral de vaak onvoorspelbare manieren waarop verontreinigingen door het milieu kunnen fietsen. Cesium-137, hij zei, is een "oude verontreinigende stof, " bij ons blijven terwijl nucleair verval zijn aanwezigheid elke drie decennia halveert.

Het is een langzame beweging naar een virtueel verdwijnpunt, hij voegde toe, tenzij een andere splijtingsgebeurtenis een andere dosis van de isotoop in het milieu introduceert.

Heb je netelroos?

Geoloog Jim Kaste is op zoek naar meer honing om te testen op de aanwezigheid van cesium-137. Zijn eisen:

• Honing uit één bron, geen melange.
• Info over planten gebladerd door bijen.
• GPS/lengtegraad-breedtegraad van netelroos.

Neem contact met hem op via [email protected]