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Sources and Sinks of short-lived radium isotopes in the southern North Sea: Implications for the system functioning and budget estimates

Continued population growth increases the demand for space and resources, which in turn enhances anthropogenic pressure on coastal seas. Biotic and abiotic ecosystem understanding in a wider context is essential for effective management of stakeholder interests. This study is a synthesis of recent findings based on short-lived radium isotopes in the shelf ocean North Sea and uses the isotopes to quantify relevant sources and sinks in biogeochemical cycles in the coastal sea in order to enhance system understanding. We improve upon the previously designed box model for the southern North Sea by Burt et al. [2014], using a denser data coverage for nearshore areas. Specifically, the updated model considers decay-supported desorbable Ra from suspended particles and input from submarine groundwater discharge. The model quantified a total of five source terms for Ra: the Wadden Sea, rivers, desorption from suspended particles in the water column, submarine groundwater discharge from beach systems, and porewater exchange at North Sea bottom sediments; whereas considered losses are radioactive decay and mixing with the open North Sea. The mass balance reveals that porewater exchange, e.g., ripple flow, significantly dominates the total short-lived Ra isotope discharge to the southern North Sea. An eddy diffusion based Ra approach was not successful to quantify submarine groundwater discharge from beach systems, due to other major inputs of Ra isotopes from the adjacent Wadden Sea and river discharge, superimposing the minor submarine groundwater discharge from beaches.

Uran-, Thorium- und Radiumisotopenspezifische Bestimmung von Boden-Pflanzen Transferfaktoren

Geochemische Untersuchungen am Bodensee

Die innere Mischung des Sees, sowie die Wechselwirkung des Sees mit der Atmosphaere und dem Sediment soll mit Hilfe von Spurenstoffmessungen untersucht werden. Geplant sind Messungen von Temperatur, Sauerstoff, Leitfaehigkeit, Phosphat, SO2, Tritium, Helium-3, Radium 226, Radon-222, Blei-210 und Ionium.

Spurenelementkreisläufe und Flüsse im südlichen Indischen Ozean - ein Beitrag zu GEOTRACES

Der südliche Indische Ozean gehört zu den am wenigsten untersuchten Meeresgebieten. Entlang eines zonalen Transekts bei 23°S im südlichen Indischen Ozean wollen wir mit Hilfe der Verteilung von isotopischen Tracern (Radiumisotope, Thorium, Helium) die Quellen, die Senken und die Flüsse von Spurenelementen (TEs: Cd, Co, Cu, Fe, Mn, Mo, Ni, V, Zn) in der Wassersäule untersuchen. Die Anwendung von Radiumisotopen (224Ra, 223Ra, 228Ra,226Ra,), Thoriumisotopen (234Th, 232Th) und Heliumisotopen (3He, 4He) erlaubt ein besseres Verständnis der biogeochemischen Zyklen von TEs. Da einige dieser Spurenelemente als Mikronährstoffe fungieren, wollen wir ihre biogeochemischen Kreisläufe und ihre Wechselwirkungen mit der Bioproduktivität im Oberflächenwasser sowie ihre Wechselwirkungen mit den Kohlenstoff- und Nährstoffkreisläufen erforschen. Durch die Kombination von Messungen von TEs mit Radium- und 234Th-Isotopen als Tracer für vertikale und horizontale Flüsse, 232Th als Tracer für den Staubeintrag und Heliumisotope als Tracer für einen hydrothermalen Eintrag, werden wir die Zufuhrpfade von TEs aus der Atmosphäre, den Kontinenten (hauptsächlich dem Sambesi-Fluss), den Sedimenten der afrikanischen und australischen Kontinentalschelfe und aus den hydrothermalen Quellen (Hydrothermalismus am Mittelindischen Ozeanrücken) bestimmen und quantifizieren. Diese Untersuchungen sollen auf Probenmaterial basieren, das während der Sonne Ausfahrt SO-276 (Juli – August 2020) von Durban (Südafrika) nach Fremantle (Australien) gewonnen wird. Unsere Untersuchungen sind Teil des international koordinierten Programms GEOTRACES und werden zum „Second Indian Ocean Expedition Program (IIOE-2)“ beitragen. Wir erwarten, dass die Ergebnisse der vorgesehenen Untersuchungen einen signifikanten Beitrag zum Verständnis von Ökosystemen und ihrem chemischen Milieu liefern werden.

Messungen des Radiumsgehaltes in Brauch- und Abwaessern sowie Getraenken

Es ist zu erwarten, dass der Radiumgehalt der Trinkwaesser in Abhaengigkeit von den geologischen Verhaeltnissen in der Bundesrepublik Deutschland schwankt. In Ergaenzung zu der Erhebung ueber die externe Strahlenexposition der Bevoelkerung soll eine Erhebung ueber die Radiumkonzentration im Trinkwasser der Bundesrepublik Deutschland erfolgen, um Schwankungsbreite eines Beitrages zur inneren Strahlenexposition - in diesem Falle des Knochens - zu erfassen. Speicherung aller anfallenden Daten im EDV-System BIBIDAT. Es wird eine umfassende Erhebung des Radiumgehaltes von Trinkwasser in der Bundesrepublik Deutschland in Zusammenarbeit mit anderen Gruppen durchgefuehrt. Die Daten werden vom Bundesgesundheitsamt gesammelt und im EDV-System BIBIDAT gespeichert. Darueber hinaus werden Abwaesser sowie Getraenke (Bier, Wein, Milch) in bezug auf ihren Radiumgehalt untersucht. Damit soll versucht werden, den Beitrag des mit Fluessigkeiten aufgenommenen Radiums zur inneren Strahlenexposition zu erfassen.

Handling of radium and uranium contaminated waste piles and other wastes from phosphate ore processing

Transferfaktoren Boden-Pflanze fuer Radium und andere Radionuklide

Bestimmung von Transferfaktoren Erde-Pflanze fuer Radionuklide, bes. Ra226 fuer Gemuesepflanzen. Wichtig im Zusammenhang mit Biosphaerentransportmodellen (Lagerung radioaktiver Abfaelle), Werte unter praktischen Bedingungen zu bestimmen, die fuer die hier herrschenden Parameter (Saatgut, Klima, Konsum) zutreffen. Bestimmung der Beeinflussung der Ra226-Aufnahme durch das Verhaeltnis Erdalkalimetalle/Radium, besonders des Kalziums, welches im Pflanzenstoffwechsel eine wichtige Rolle spielt. Versuche zur Bestimmung der Loeslichkeit, der biologischen 'availability' des Radiums als Funktion der Zeit, da bekannt ist, dass Radium im Boden keine grosse Mobilitaet besitzt. Diese Arbeiten sollen in einem neu erstellten Treibhaus weitergefuehrt werden. Versuche mit anderen Radionukliden sind vorgesehen.

Natural Radionuclides in Groundwater (NORM) (WMS)

Considering water as the primary resource necessary for social life, agriculture, industry, and wealth, the importance of groundwater investigation is clear. Apart from many other pollutants, this work focusses on geogenic uranium (U) and radium (Ra), which both stand for natural radionuclides (NORM) that need to be considered frame of groundwater exploration and monitoring programmes due to their specific mobility and chemo-/radiotoxicity. As investigation of U and – to a lesser extent - Ra is done by an increasing number of scientific working groups, the global dataset is improving continuously. In order to give a summarized overview on available and recent literature, scientific papers, reports, and governmental documents have been reviewed for U-238 mass concentrations and Ra-226 and Ra-228 activity concentrations and collected in tables and global maps. Further natural isotopes of U and Ra have been rarely subject of investigation. The collected data were evaluated and interpreted in frame of an associated scientific publication (see citation). From the available data it can be concluded that high geogenic U occur mainly under oxidizing conditions and carbonate rich groundwater, which might be seen as indicator for elevated U concentrations. Certain geological formations, as for example sedimentary, granitic, and volcanic host rocks, promote high U concentrations in groundwater. For geogenic Ra, the search for definite indications proved difficult, since less clear correlation is given for any observed factor. In a global perspective, the most promising evidence for elevated Ra are highly reducing redox conditions, as well as the occurrence of Fe/Mn mineral phases. Furthermore, barite represents a sink for Ra due to its ability to incorporate Ra isotopes. Dissolution of those mineral phases eventually results in co-dissolution of Ra, when Ra is found in host rocks of investigated aquifers, or downstream of such groundwater reservoirs. Furthermore, cation exchange might enhance Ra mobility process, especially in case of sedimentary aquifers with low sorption capacity and/or aquifers with high salinity. Given those chemical requirements for the occurrence of U and Ra, a negative correlation between mother and daughter nuclide can be established. When knowledge on present geological and geochemical constraints is available, elevated U and Ra concentrations might be predictable, as long as anthropogenic influence is excluded.

Was sind NORM -Rückstände?

Was sind NORM -Rückstände? Radionuklide der natürlichen Zerfallsreihen von Uran -238, Uran -235 und Thorium-232 sind in allen Gesteinen und Erzen in Spuren vorhanden. Werden Gesteine und Erze als Rohstoffe genutzt, werden daher grundsätzlich auch natürliche Radionuklide unbeabsichtigt in industrielle Prozesse eingeführt. Bei manchen Industriezweigen können sich natürliche Radionuklide in Teilstoffströmen anreichern. In der Fachliteratur werden diese Rückstände oft als "naturally occurring radioactive materials" (abgekürzt " NORM ") bezeichnet. Der Schutz von Beschäftigten und der Bevölkerung vor erhöhten Strahlenexpositionen durch natürliche radioaktive Stoffe in Deutschland ist im Strahlenschutzgesetz und in der Strahlenschutzverordnung geregelt. Radionuklide der natürlichen Zerfallsreihen von Uran -238, Uran -235 und Thorium-232 sind in allen Gesteinen in Spuren vorhanden. Natürliche Radioaktivität Wenn die spezifische Aktivität innerhalb einer Zerfallsreihe für alle Radionuklide gleich ist, spricht man von einem "radioaktiven Gleichgewicht". Durch chemische Prozesse (zum Beispiel Lösungsvorgänge mit dem Wasser) und physikalische Prozesse (zum Beispiel Ausgasung des radioaktiven Gases Radon oder Transport von Radionukliden mit Wasser) kann es zu Umverteilungen von Radionukliden kommen. Diese Umverteilungsprozesse können das Gleichgewicht stören. Als Folge sind natürliche Radionuklide in allen Umweltbereichen (Luft, Boden, Wasser, Pflanzen, Tiere) vorhanden. Je nach mineralogischer Zusammensetzung der Gesteine - insbesondere bei Vererzungen - ist der Radionuklidgehalt jedoch unterschiedlich hoch. Als obere Grenze für den natürlichen Hintergrundgehalt von Uran und Thorium (beziehungsweise der Folgeprodukte) in Böden und Gesteinen gelten im Allgemeinen 0,2 Becquerel pro Gramm (entspricht 200 Becquerel pro Kilogramm), in Einzelfällen (zum Beispiel Granit) ist eine spezifische Aktivität bis 0,5 Becquerel pro Gramm dokumentiert. Spezielle thorium- und uranhaltige Minerale können auch Aktivitätsgehalte von mehreren Becquerel pro Gramm aufweisen. Die Radionuklide der Zerfallsreihen sind – mit Ausnahme des Gases Radon – durchweg Schwermetalle. Chemisch und physikalisch verhalten sie sich in der Umwelt und bei industriellen Prozessen vergleichbar zu anderen, nicht radioaktiven Schwermetallen. Rückstände mit erhöhter natürlicher Radioaktivität aus industriellen Prozessen Öl-Pipeline Bei der Nutzung von Rohstoffen (zum Beispiel Erze) werden somit grundsätzlich natürliche Radionuklide in technologische Prozesse eingeführt. In bestimmten Industriezweigen können Beschäftigte oder die Bevölkerung infolge natürlicher Radioaktivität einer erhöhten Strahlung ausgesetzt sein. Ursachen sind entweder die Verwendung von Rohstoffen mit erhöhtem Radionuklidgehalt oder Radionuklidanreicherungen in Rückständen aus bestimmten technologischen Prozessen. In der Fachliteratur werden diese Rückstände oft als "naturally occurring radioactive materials" (abgekürzt " NORM ") bezeichnet. Ein Beispiel sind die Ablagerungen in Förderrohren aus der Erdöl- und Erdgasindustrie, die - je nach Lagerstätte - hohe Gehalte des radioaktiven Elementes Radium aufweisen können. NORM -Rückstände können grundsätzlich verwertet werden, sofern bei der beabsichtigten Folgenutzung keine erhöhte Strahlenexposition für Einzelpersonen der Bevölkerung zu erwarten ist. Falls dies aus technologischer beziehungsweise wirtschaftlicher Sicht nicht zumutbar ist, müssen die Rückstände auf Deponien sicher beseitigt werden. Gesetzliche Regelungen für Rückstände Mit dem Teil 3 der Strahlenschutzverordnung ( StrlSchV ) vom 20. Juli 2001 wurden erstmals in Deutschland Regelungen zum Schutz der Beschäftigten und der Bevölkerung vor erhöhten Strahlenexpositionen durch natürliche radioaktive Stoffe getroffen. Die betrachteten Materialien werden nicht wegen ihrer radioaktiven Eigenschaften oder ihrer Eignung als Kernbrennstoff genutzt; die erhöhten Radionuklidgehalte treten vielmehr als (unerwünschte) Begleiterscheinung einiger herkömmlicher industrieller Prozesse auf. Der Gesetzgeber hat es daher als vernünftig angesehen, die Regelungen auf solche Prozesse und Stoffe zu beschränken, bei denen sich aufgrund der heute üblichen Verwertungs- oder Beseitigungswege die Strahlenbelastung deutlich erhöhen kann. Eine erhöhte Strahlenbelastung für Einzelpersonen der Bevölkerung liegt vor, wenn der Richtwert von 1 Millisievert pro Jahr für die effektive Dosis überschritten wird. Dann sind Maßnahmen zum Schutz der Bevölkerung zu ergreifen. Der Richtwert orientiert sich an der Schwankungsbreite der natürlichen Strahlenexposition und ist auch in anderen Bereichen des Strahlenschutzes etabliert. Beschäftigte, die bei ihrer Arbeit mit NORM -Rückständen umgehen, gelten dabei als Teil der allgemeinen Bevölkerung. Anfang 2014 veröffentlichte die Europäische Atomgemeinschaft ( EURATOM ) Grundnormen zum Strahlenschutz . Die EURATOM -Mitgliedsländer sind verpflichtet, diese Regelungen in nationales Recht umzusetzen. In Deutschland erfolgte dies im Jahr 2017 mit dem Strahlenschutzgesetz . Ergänzend hierzu wurde die Strahlenschutzverordnung im Jahr 2018 grundlegend überarbeitet. Beide gesetzlichen Regelungen sind seit dem 31. Dezember 2018 in Kraft. Überwachungsgrenzen Mit Hilfe umfangreicher Untersuchungen in relevanten Industriezweigen wurde eine Anzahl von Rückständen festgelegt, bei deren Beseitigung oder Verwertung Maßnahmen zum Schutz der Bevölkerung erforderlich sein können. Ein Bewertungsmaßstab hierfür sind die Überwachungsgrenzen in Anlage 5 der Strahlenschutzverordnung . Werden diese Überwachungsgrenzen überschritten, kann die zuständige Strahlenschutzbehörde des Bundeslandes die Rückstände auf Antrag aus der Überwachung entlassen. Hierzu ist ein Nachweis zu erbringen, dass der Richtwert von 1 Millisievert pro Jahr für die Bevölkerung bei der beabsichtigten Verwertung oder Beseitigung eingehalten wird und die geplante Verwertung oder Beseitigung abfallrechtlich zulässig ist. Da beim Umgang mit derartigen Rückständen kein plötzliches Freisetzungs- oder Unfallpotenzial besteht, hat der Gesetzgeber auf den sonst im Strahlenschutz üblichen Genehmigungsvorbehalt verzichtet. Die betroffenen Betriebe setzen die Maßnahmen weitgehend eigenverantwortlich um. Sie müssen jedoch der zuständigen Landesbehörde die Ergebnisse ihrer Prüfungen mitteilen. Diese kann dann bei Bedarf weitere Auflagen erteilen oder Kontrollen vornehmen. Auswirkungen Die Erfahrungen beim Vollzug von Teil 3 der bisherigen Strahlenschutzverordnung aus dem Jahr 2001 zeigen, dass die Regelungen das Bewusstsein aller Beteiligten um mögliche Probleme und Gefahren beim Umgang mit Stoffen, die erhöhte natürliche Radioaktivität enthalten, gestärkt haben. Folglich reduzierte sich in einigen Bereichen die Strahlenbelastung, ohne dabei die betroffenen Industriezweige übermäßig zu belasten. Hilfestellung Das Bundesumweltministerium ( BMUKN ) und das Bundesamt für Strahlenschutz ( BfS ) unterstützen die zuständigen Landesbehörden beim Vollzug der rechtlichen Regelungen zur natürlichen Radioaktivität unter anderem durch untergesetzliche Regelwerke und Empfehlungen. So hat beispielsweise die Strahlenschutzkommission ( SSK ) auf Veranlassung des Bundesumweltministeriums eine Empfehlung zur repräsentativen Beprobung von Rückständen herausgegeben. Das BfS unterstützt die Umsetzung, indem es Leitfäden zur Ermittlung der Strahlenexposition sowie Messanleitungen erarbeitet. Außerdem prüft das BfS gegenwärtig, ob die Empfehlungen und Anleitungen zum Thema Bergbauliche Hinterlassenschaften auf Rückstände nach Anlage 1 des Strahlenschutzgesetzes übertragbar sind. Stand: 05.01.2026

Temporal characterization of the isotope hydrobiogeochemistry composition of the Warnow River

A temporal study of the isotopic hidrobiogeochemical composition of the Warnow River, which drains into the southern Baltic Sea, has been carried out. The sampling covered five years (2017-2021) and it was carried out at a site just before the river reaches the estuary. Surface water was sampled by using a telescopic rod and a plastic beaker and preserved for further analysis. Major and trace elements and selected nutrients were measured using an ICP-OES (iCAP, 7400, Duo Thermo Fischer Scientific). Concentrations of NH4 and NO3 were measured using a QuAAtro autoanalyzer system. Dissolved inorganic carbon (DIC), and δ13CDIC were measured using an isotope gas mass spectrometer (MAT 253) coupled to a Gasbench II. Dissolved organic carbon (DOC) and δ13CDOC using an Elementar iso TOC cube with Thermo Electron MAT 253 mass spectrometry, δ18OH2O, and δ2HH2O using a CRDS system (laser cavity-ring-down-spectroscopy, Picarro L2140- I). δ34S and δ18O of SO4 using a gas-isotope mass spectrometer MAT253 (Thermo-Finnigan) with EA-Isolink (Thermo-Fisher-Scientific). 224Ra using a Radium Delayed Coincidence Counters (RaDeCC).

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