Il lavoro iniziato nel 2017 come incarico per le vacanze di primavera per i membri di un seminario per matricole William &Mary è sbocciato inaspettatamente in una seria indagine sulla presenza di un isotopo radioattivo nel miele negli Stati Uniti orientali.

L'isotopo è cesio-137, una reliquia dei test della bomba atomica condotti durante la Guerra Fredda. Jim Kaste, professore associato presso il Dipartimento di Geologia dell'Università, riporta che 68 su 122 campioni di miele dal Maine alla Florida mostrano quantità variabili di cesio-137.

La contaminazione da cesio-137 degli alimenti ha sollevato preoccupazioni in seguito agli incidenti nucleari di Chernobyl e Fukushima, ma Kaste ha detto che i livelli di cesio-137 che ha trovato nel miele sono molto al di sotto dei livelli che hanno spinto le autorità a ritirare il cibo dal mercato dopo i disastri delle centrali nucleari.

"Non sto cercando di dire alle persone che non dovrebbero mangiare miele. Io nutro i miei figli con il miele, " Kaste ha detto. "Mangio più miele ora di quando ho iniziato questo progetto".

La ricerca è stata pubblicata su "Bomb ¹³⁷ Cs nel miele moderno rivela un controllo regionale del suolo sul ciclo degli inquinanti da parte delle piante, " nel diario Comunicazioni sulla natura . I coautori sono Andrew J. Elmore dell'Università del Maryland Center for Environmental Science e Paul Volante '20, che era un membro del seminario COLL 150 che ha scoperto il fenomeno.

Un'ipotesi a più fasi

Kaste offre un'ipotesi a più fasi di come il cesio-137 si sia spostato per enormi distanze, attraversando persino l'Oceano Pacifico, per finire nei barattoli di miele degli alveari sulla costa orientale dell'America. L'ipotesi affronta anche il motivo per cui il cesio-137 tende a presentarsi in alcune aree più di altre.

Il cesio-137 è un sottoprodotto della fissione uranio-plutonio, un componente della ricaduta delle esplosioni di test di bombe H condotte dagli Stati Uniti e dall'Unione Sovietica in siti che vanno dal Nuovo Messico e Nevada alle Isole Marshall e all'arcipelago artico russo Novaya Zemlya. I test sulla bomba hanno variato in grandezza e Kaste ha detto che è impossibile determinare la bomba precisa che ha prodotto il cesio-137 trovato in qualsiasi regione, per non parlare di un vasetto di miele specifico.

"Ma sappiamo che la produzione di cesio-137 dai siti del Pacifico e della Russia è stata più di 400 volte la produzione delle esplosioni del New Mexico e del Nevada, " ha detto. "Una singola bomba russa, la bomba dello zar, era più di 50 volte più potente di tutti i test del Nevada e del New Mexico messi insieme".

Kaste ha spiegato che ciò che non è caduto sulla terra vicino ai siti di test è andato alla deriva in alto nell'atmosfera e nella stratosfera nel caso delle esplosioni più grandi. I venti prevalenti portarono il cesio verso est fino a quando l'isotopo fu portato sulla terra dalle abbondanti piogge degli Stati Uniti orientali.

L'esame di Kaste sul miele da un'unica fonte ha mostrato alcune tendenze. Ad esempio, campioni di miele della Virginia Piemonte erano praticamente privi di cesio. A confronto, il miele della Carolina del Nord verso sud mostrava comunemente la presenza di cesio-137. Il miele della Florida era particolarmente "caldo".

I livelli di cesio sono stati misti dalla Virginia del nord, - ma curiosamente, cominciò a presentarsi di nuovo nel Maine.

"Ho parlato con un apicoltore nel Maine, e mi ha detto che mandano i loro alveari a sud per l'inverno, " disse Kaste. "Il Maine fa troppo freddo per le api."

È la chimica del suolo

Poiché il cesio è stato portato sulla terra dalle piogge, sarebbe logico che le aree con la più alta precipitazione annuale tendessero a produrre miele cesio-lacciato. Ma non era così. Il segreto del legame cesio-miele, i collaboratori hanno trovato, era in chimica del suolo, in particolare il contenuto di potassio.

I ricercatori hanno tracciato i loro campioni di miele su una mappa che mostra i livelli di potassio in ogni contea. Hanno trovato una correlazione definita e inversa:il miele al cesio proveniva da terreni a basso contenuto di potassio, come quelli prevalenti dalle Carolinas in giù.

"Il potassio è un nutriente importante per le piante, " ha detto. "E gli atomi di potassio e cesio sembrano molto simili."

Le piante in cerca di potassio assorbivano il cesio, Kaste ha spiegato, aggiungendo che la sostituzione non è avvenuta dove il terreno era ricco di potassio. Ma in un terreno a basso contenuto di potassio, le piante assorbono quella che sembra essere la cosa migliore, passandolo attraverso il nettare alle api. Le api biomagnificano il cesio nel processo di produzione del miele.

La sonda al miele ha avuto la sua genesi in GEOL 150:Radioactive Pollution. Kaste ha detto che si è reso conto che i suoi studenti - e forse anche i genitori dei suoi studenti - non avevano esperienza di ansia da bomba atomica, i test bomba e le esercitazioni scolastiche della Protezione Civile che seguirono.

Ha pensato a una dimostrazione pratica per mostrare alla classe che l'era della bomba atomica persiste nel nostro cibo. Ha dato agli studenti un compito per le vacanze di primavera:riportare del cibo di provenienza locale.

Gli studenti sono tornati con una varietà di generi alimentari da una varietà di luoghi. Mele, sciroppo d'acero, Noci Pecan, luppolo. Paul Volante ha incaricato un amico di riportare gli agrumi dalla Florida:"Ho pagato le arance".

I membri del seminario hanno utilizzato il rivelatore gamma di Kaste per testare i loro alimenti per la presenza di cesio-137. Kaste i risultati sono stati istruttivi, "un soffio di cesio qui, un soffio di cesio lì, " fino a quando un campione ha mostrato la presenza dell'isotopo a livelli più di 100 volte gli altri. Proveniva da un vasetto di miele ottenuto da un mercato agricolo della Carolina del Nord.

"L'ho misurato di nuovo perché pensavo che fosse successo qualcosa al contenitore o che il mio rilevatore fosse impazzito. Ho riprodotto la misurazione. Ed è stato, ancora, 100 volte più caldo di qualsiasi altro cibo."

Inizia la ricerca del miele

Kaste ha avviato una ricerca di miele in gran parte degli Stati Uniti orientali, supportato da un premio Joseph J. Plumeri per l'eccellenza della facoltà e da un finanziamento dell'Ufficio William &Mary del Prevosto. Ha messo al lavoro Paul Volante.

"Fondamentalmente, Ho iniziato trovando solo produttori di miele, "Ha detto Volante. "Avevo bisogno di verificare che fossero locali, piccoli produttori di miele. E così li mandavo via email. Lo ordiniamo e una volta arrivato qui, poi di solito lo versiamo in questa capsula di Petri da 150 millilitri."

Volante è entrato al piano terra del progetto miele come matricola ed è rimasto con esso durante i suoi quattro anni a William &Mary e oltre. Dopo la laurea, Volante è stato assunto come tecnico nel Dipartimento di Geologia; ora si sta preparando per entrare in un dottorato di ricerca. programma alla Penn State. Si è laureato in geologia e chimica, una combinazione che, secondo lui, gli è stata utile nella sua ricerca di un programma di dottorato.

"È un dottorato di ricerca in geoscienze, " ha detto. "E 'davvero geochimica, l'applicazione della chimica in un contesto geologico."

La sua quotazione come coautore su un articolo in Comunicazioni sulla natura non ha danneggiato la sua domanda alla Penn State, o. Volante è passato senza problemi da partecipante a quel seminario per matricole a collaboratore di laboratorio a coautore.

Le cose sono diventate appiccicose una volta che il miele è arrivato nel laboratorio gamma. Volante ha riscontrato gli stessi problemi che gli utenti di miele incontrano a casa:versarlo in modo ordinato senza che il miele sia dappertutto. Ha sviluppato una tecnica che ha mitigato il disordine.

"Onestamente, quello che funziona per me è questo:perché il miele è così viscoso, una volta che inizi a versarlo, c'è un ritardo, " ha spiegato. "Quando stai versando acqua, va tutto subito. Ma il miele è così lento che puoi iniziare a versarlo, poi fai una piccola capriola."

Una volta che il campione di miele è al sicuro nella capsula di Petri, va nel rivelatore gamma per un paio di giorni. Il rivelatore registra le interazioni delle particelle gamma emesse mentre il cesio-137 decade.

Volante ha lavorato con Kaste durante i suoi anni universitari presso William &Mary. Ha concentrato la sua tesi d'onore su un isotopo correlato, americio-241. Kaste ha spiegato che l'americio-241 è una "figlia del plutonio" e un prodotto della fissione della bomba, come il cesio-137.

"Americio-241 è un po' ovunque, " Ha detto Kaste. È in concentrazioni inferiori al cesio. Ma non viene assorbito dalle piante, quindi l'americio-241 non finisce nel miele."

L'indifferenza delle piante all'americio-241, combinato con l'emivita dell'isotopo di circa 400 anni, rende prezioso per Volante e altri geologi ambientali interessati alla datazione dei sedimenti, disse Kaste.

L'inquinante radiante dominante

Ma ha aggiunto che cesio-137, con la sua emivita di circa 30 anni, rimane la forma dominante di inquinamento da radiazioni ionizzanti nell'ambiente anche 60 anni dopo la fine dei test sulle bombe. E Kaste ha sottolineato che le fonti principali di contaminazione da cesio-137 negli Stati Uniti orientali sono quei test bomba, non incidenti negli impianti nucleari.

Il documento di Nature Communications rileva che l'infiltrazione di cesio-137 nella dieta umana è stata motivo di preoccupazione per un po' di tempo:Kaste ha affermato che il governo degli Stati Uniti ha condotto test diffusi sul latte per la presenza di cesio-137 e altri radionuclidi dell'era della Guerra Fredda. fino agli anni '80. Ha detto di aver portato alla luce le registrazioni dell'analisi del latte, che ha mostrato costantemente livelli più elevati di contaminazione nei campioni della Florida.

Non vi è alcuna registrazione di latte ritirato dal mercato per livelli elevati di cesio-137, Kaste ha detto, ribadendo che i suoi studi sul miele non dovrebbero suscitare alcuna preoccupazione per il consumo umano. Ma gli insetti potrebbero essere tutta un'altra cosa.

"Quello che vediamo oggi è una piccola frazione della radiazione che era presente negli anni '60 e '70, " ha detto. "E non possiamo dire con certezza se il cesio-137 ha qualcosa a che fare con il collasso della colonia di api o il declino della popolazione".

Kaste ha detto che spera che il lavoro sul miele illustri la lunga vita degli inquinanti ambientali, in particolare i modi spesso imprevedibili in cui i contaminanti possono attraversare l'ambiente. Cesio-137, Egli ha detto, è un "inquinante legacy, "permanere con noi mentre il decadimento nucleare dimezza la sua presenza ogni tre decenni.

È un movimento lento verso un punto di fuga virtuale, Ha aggiunto, a meno che qualche altro evento di fissione non introduca un'altra dose dell'isotopo nell'ambiente.

Hai l'orticaria?

Il geologo Jim Kaste sta cercando altro miele per testare la presenza di cesio-137. I suoi requisiti:

• Miele da un'unica fonte, non una miscela.
• Informazioni sulle piante sfogliate dalle api.
• GPS/longitudine-latitudine degli alveari.

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