Stabilní a radioaktivní cesium v přírodním prostředí

Abstrakt

Cesium is the heaviest stable alkali metal (with only one stable isotope – ¹³³Cs) and it occurs mainly as a potassium-substituting cation. It is an important trace element in rocks typical for the Earth crust, and its content in biomass is also relatively high compared to those abiogenic elements which are little soluble. Low-cost analytical methods like X-Ray Fluorescence are inadequate to quantify cesium in typical natural samples, so that the usage of ICP-MS (Inductively-Coupled-Plasma Mass Spectrometry) or INAA (Instrumental Neutron Activation Analysis) is necessary. Nevertheless, investigation of the pollution with the radioactive isotope ¹³⁷Cs, which is an important fission product and can be measured with gamma-ray spectrometry, also contributed to the knowledge of biogeochemistry of cesium. It has been shown that Cs is usually strongly retained in humus (thank to clay minerals), or is cycling intensely within the soil-biomass system, being only slowly removed (at least, this is valid for ecosystems in temperate climate). The results of extensive biomonitoring in Czech coniferous forests (with prevailing spruce) also show that Cs is concentrated in humus (relatively to all other alkali elements) by natural processes.

Cesium je důležitým stopovým prvkem v horninách typických pro zemskou kůru, a jeho obsah v biomase je také poměrně vysoký ve srovnání s některými málo rozpustnými nebiogenními prvky. Nenáročné analytické metody, jako je rentgenová fluorescence, jsou pro stanovení cesia v typických přírodních vzorcích nedostatečné, a proto se zpravidla používá ICP-MS (hmotnostní spektrometrie s indukčně vázaným plazmatem) nebo INAA (instrumentální neutronová aktivační analýza). K poznání biogeochemie cesia přispělo i zkoumání znečištění radioaktivním izotopem ¹³⁷Cs, který je důležitým štěpným produktem a lze jej měřit pomocí spektrometrie gama. Ukázalo se, že Cs je obvykle silně zadržováno v humusu (díky jílovým minerálům), nebo je intenzivně recyklováno v systému půda-biomasa a jen pomalu odstraňováno (to však nemusí platit globálně, neboť většina výzkumů byla prováděna v podmínkách severního mírného pásu). Podobně i výsledky rozsáhlého biomonitoringu (se stanovením desítek stopových prvků) v českých jehličnatých lesích (s převahou smrku) ukazují, že Cs je přirozenými procesy koncentrováno v humusu (relativně vůči všem ostatním alkalickým kovům).