The winter/summer ratio of airborne 210Pb – a possible way to quantify the significance of long-range transport of natural radionuclides to the Arctic

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dc.contributor.author

Chen, Jing

dc.date.accessioned

2024-05-03T16:41:41Z

dc.date.available

2024-05-03T16:41:41Z

dc.date.issued

2014-07-16

dc.description - en

With radon as the main source of naturally occurring radioactivity in the environment, one would think that the Arctic should be an area of low background radiation, because a considerable area of the Arctic is covered by glaciers and permafrost, and radon emanation rates from these areas have been reported to be negligible. However, available data from ground level air monitoring have shown the opposite. The elevated level of naturally occurring radioactivity in the Arctic is due to radon and radon progeny produced from natural sources outside of the Arctic, and carried to the Arctic mainly through long-range atmospheric transport. In this study, analyses and comparisons were focused on five Canadian coastal stations where radon releases to the atmosphere from local sources are considered to be low. They are stations in Halifax on the east coast (44.64ºN, -63.51ºW), Vancouver on the west coast (49.26ºN, -123.00ºW), Coral Harbour (64.19ºN, -83.35ºW) in the low Arctic, and Resolute (74.71ºN, -94.97ºW) and Alert (82.50ºN, -62.34ºW) in the high Arctic. Results showed that the ratio of winter average over summer average of lead-210 concentration in surface air increases with increasing latitude. This ratio could serve as an indicator of naturally accumulated radiological burdens to the Arctic. It is estimated that the annual average lead-210 concentration in the air could be significantly higher than the local background level by a factor of 4 in the low Arctic and a factor of 6 in the high Arctic.

dc.description.abstract - en

In the environment, the main sources of naturally occurring radionuclides come from radionuclides in the uranium decay series. Activity concentrations of uranium decay series radionuclides may vary considerably from place to place depending on the geological characteristics at the location. Their releases to the atmosphere are mainly through radon (222Rn), a radioactive noble gas occurring naturally as an indirect decay product of uranium in soils and rocks. Due to the abundance of uranium, radon continuously emanates from continental land masses. With radon as the main source of naturally occurring radioactivity in the environment, one would think that the Arctic should be an area of low background radiation, because a considerable area of the Arctic is covered by glaciers and permafrost, and the presence of permafrost entraps radon in the ground and serves as an effective barrier to radon emanation. However, over the past decades, ground level air monitoring data from stations in the Arctic region (UNSCEAR, 2000, AMAP, 2010, IAEA, 2012) and many special designed field studies (Lockhart, 1962, Wilkening et al., 1972, Larson et al., 1972, Polian et al., 1986, Paatero et al., 2010) have demonstrated that radon and radon progeny concentrations in the Arctic are significantly higher during the cold winter than in summer. The elevated level of naturally occurring radioactivity in the Arctic, especially during winter months, is due to radon and radon progeny produced from natural sources as well as industrial activities (such as mining, hydraulic fracturing and coal burning for power generation) outside of the Arctic, and carried to the Arctic mainly through long-range atmospheric transport (Turekian et al., 1977, Tracy and Prantl, 1985, Samuelsson et al., 1986, IAEA, 2003, Piliposian and Appleby, 2003, AMAP, 2010, Baskaran, 2011, Ram and Sarin, 2012, Charro and Pena, 2013, Persson and Holm, 2011, Papastefanou, 2010, Persson and Holm, 2014). The long-lived radon decay products 210Pb and 210Po can accumulate to relatively high levels and become a health concern or a limiting factor of country food consumption (UNSCEAR, 2000, Van Oostdam et al., 2005, AMAP, 2010). Airborne concentration of 210Pb has been a routine measurement in almost all air monitoring stations around the globe. Because it has a long half-life (22.3 years), 210Pb can be transported over vast distances and remain in the atmosphere for extended periods of time. The Arctic monitoring data reported in the literature have shown consistently that 210Pb activity concentrations in air are higher during mid-winter and lower in summer months, such as the measurements of 210Pb activity concentrations in air at Mount Zeppelin Global Atmosphere Watch station (78°58′N, 11°53′E) in Svalbard from 2001 to 2005 (Paatero et al., 2010) and at two monitoring stations in northern Canada, Whitehorse (60.73°N, 135.10°W) and Resolute (74.71°N, 94.97°W), from 2003 to 2009 (AMAP, 2010). These naturally occurring radionuclides being long-range transported to the Arctic can be seen as “natural contaminants” to distinguish them from the traditional meaning of contamination, the “artificial contaminants” which are attributable to industrial or man-made sources (Chen, 2014). This letter analysed existing long-term atmospheric monitoring data in the Canadian high Arctic, sub-Arctic and mid-latitude sites, and demonstrated that the winter to summer ratios of 210Pb can serve as an operational quantity to quantify the significance of naturally occurring radionuclides transported to the Arctic.

dc.description.abstract-fosrctranslation - fr

Dans l'environnement, les principales sources de radionucléides naturels proviennent des radionucléides de la série de désintégration de l'uranium. Les concentrations d'activité des radionucléides de la série de désintégration de l'uranium peuvent varier considérablement d'un endroit à l'autre en fonction des caractéristiques géologiques de l'emplacement. Leurs rejets dans l'atmosphère se font principalement par le radon (222Rn), un gaz rare radioactif présent naturellement comme produit de désintégration indirecte de l'uranium dans les sols et les roches. En raison de l'abondance de l'uranium, le radon émane continuellement des masses continentales. Le radon étant la principale source de radioactivité naturelle dans l'environnement, on pourrait penser que l'Arctique devrait être une zone à faible rayonnement de fond, car une zone considérable de l'Arctique est couverte de glaciers et de pergélisol, et la présence de pergélisol piège le radon. dans le sol et constitue une barrière efficace contre les émanations de radon. Cependant, au cours des dernières décennies, les données de surveillance de l'air au niveau du sol provenant de stations de la région arctique (UNSCEAR, 2000, AMAP, 2010, IAEA, 2012) et de nombreuses études de terrain spécialement conçues (Lockhart, 1962, Wilkening et al., 1972, Larson et al., 1972, Polian et al., 1986, Paatero et al., 2010) ont démontré que les concentrations de radon et de produits dérivés du radon dans l'Arctique sont significativement plus élevées pendant l'hiver froid qu'en été. Le niveau élevé de radioactivité naturelle dans l'Arctique, en particulier pendant les mois d'hiver, est dû au radon et à ses descendants produits à partir de sources naturelles ainsi qu'à des activités industrielles (telles que l'exploitation minière, la fracturation hydraulique et la combustion du charbon pour la production d'électricité) en dehors de l'Arctique. , et transportés vers l'Arctique principalement par transport atmosphérique à longue distance (Turekian et al., 1977, Tracy et Prantl, 1985, Samuelsson et al., 1986, IAEA, 2003, Piliposian et Appleby, 2003, AMAP, 2010, Baskaran, 2011, Ram et Sarin, 2012, Charro et Pena, 2013, Persson et Holm, 2011, Papastefanou, 2010, Persson et Holm, 2014). Les produits de désintégration du radon à vie longue, 210Pb et 210Po, peuvent s'accumuler à des niveaux relativement élevés et devenir un problème de santé ou un facteur limitant de la consommation d'aliments traditionnels (UNSCEAR, 2000, Van Oostdam et al., 2005, AMAP, 2010). La concentration atmosphérique de 210Pb est une mesure de routine dans presque toutes les stations de surveillance de l'air du monde entier. En raison de sa longue demi-vie (22,3 ans), le 210Pb peut être transporté sur de grandes distances et rester dans l'atmosphère pendant de longues périodes. Les données de surveillance de l'Arctique rapportées dans la littérature ont montré de manière constante que les concentrations d'activité de 210Pb dans l'air sont plus élevées au milieu de l'hiver et plus faibles pendant les mois d'été, comme les mesures des concentrations d'activité de 210Pb dans l'air à la station de surveillance de l'atmosphère globale du mont Zeppelin (78°58 ′N, 11°53′E) au Svalbard de 2001 à 2005 (Paatero et al., 2010) et dans deux stations de surveillance du nord du Canada, Whitehorse (60,73°N, 135,10°W) et Resolute (74,71°N, 94,97 °O), de 2003 à 2009 (AMAP, 2010). Ces radionucléides naturels transportés à longue distance vers l'Arctique peuvent être considérés comme des « contaminants naturels » pour les distinguer du sens traditionnel de contamination, les « contaminants artificiels » qui sont attribuables à des sources industrielles ou artificielles (Chen, 2014). . Cette lettre analysait les données de surveillance atmosphérique à long terme existantes dans les sites canadiens de l'Extrême-Arctique, du subarctique et des latitudes moyennes, et démontrait que les rapports hiver/été de 210Pb peuvent servir de quantité opérationnelle pour quantifier l'importance des radionucléides naturels transportés. vers l'Arctique.

dc.description.fosrctranslation - fr

Le radon étant la principale source de radioactivité naturelle dans l'environnement, on pourrait penser que l'Arctique devrait être une zone à faible rayonnement de fond, car une zone considérable de l'Arctique est couverte de glaciers et de pergélisol, et les taux d'émanation de radon provenant de ces zones ont été signalés comme étant négligeables. Cependant, les données disponibles provenant de la surveillance de l’air au niveau du sol ont montré le contraire. Le niveau élevé de radioactivité naturelle dans l’Arctique est dû au radon et à ses descendants produits à partir de sources naturelles situées à l’extérieur de l’Arctique et transportés vers l’Arctique principalement par le transport atmosphérique à longue distance. Dans cette étude, les analyses et les comparaisons ont porté sur cinq stations côtières canadiennes où les rejets de radon dans l'atmosphère provenant de sources locales sont considérés comme faibles. Il s'agit de stations situées à Halifax sur la côte est (44,64ºN, -63,51ºW), à Vancouver sur la côte ouest (49,26ºN, -123,00ºW), à Coral Harbour (64,19ºN, -83,35ºW) dans le bas Arctique et à Resolute ( 74,71ºN, -94,97ºW) et Alert (82,50ºN, -62,34ºW) dans le Haut-Arctique. Les résultats ont montré que le rapport entre la moyenne hivernale et la moyenne estivale de la concentration de plomb 210 dans l'air de surface augmente avec l'augmentation de la latitude. Ce ratio pourrait servir d’indicateur des charges radiologiques naturellement accumulées dans l’Arctique. On estime que la concentration annuelle moyenne de plomb 210 dans l’air pourrait être considérablement supérieure au niveau de fond local, d’un facteur 4 dans le Bas-Arctique et d’un facteur 6 dans le Haut Arctique.

dc.identifier.doi

https://doi.org/10.1016/j.jenvrad.2014.06.021

dc.identifier.uri

https://open-science.canada.ca/handle/123456789/2399

dc.language.iso

en

dc.publisher

Elsevier

dc.subject - en

Health

Health and safety

dc.subject - fr

Santé

Santé et sécurité

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Health

Health and safety

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Santé

Santé et sécurité

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The winter/summer ratio of airborne 210Pb – a possible way to quantify the significance of long-range transport of natural radionuclides to the Arctic

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