ziemia
Autor: Andrzej Hołdys | dodano: 2012-07-10
Globalny wielki brat

Stacja RN17 - do pomiaru substancji promieniotwórczych - zlokalizowana w Resolute Bay w kanadyjskiej Arktyce


Przed dekadą rozpoczęto budowę światowej sieci monitorującej testy broni jądrowej - powstał pierwszy system, który obserwuje Ziemię przez 24 godziny na dobę. Równie dobrze może śledzić wędrówki mikroskopijnych radioaktywnych cząstek, jak i wielorybów.

Pół roku temu, 11 marca 2011 r., na japońskiej wyspie Honsiu doszło do eksplozji w elektrowni jądrowej Fukushima Daichi, zniszczonej przez potężną falę tsunami. Chmura radioaktywnych izotopów jodu i cezu poszybowała na wysokość wielu kilometrów. Tam cząsteczki zostały pochwycone najpierw przez wiatry, potem przez prądy powietrzne (jet streamy) pędzące na dużych wysokościach z prędkościami przekraczającymi 100 km na godzinę.

O tym, że uwolnione z reaktorów Fukushimy izotopy, a także szlachetne gazy, przemierzają świat, wiadomo było niemal od razu, natomiast samą ich wędrówkę na bieżąco rejestrowały rozmieszczone na planecie czujniki wchodzące w skład sieci zwanej International Monitoring System (IMS).

To taki atomowy anioł stróż dla Ziemi. Docelowo na całym globie zostanie ustawionych 80 stacji mierzących koncentrację izotopów promieniotwórczych. Obecnie takich posterunków pracuje około 60. Wszystkie są identycznie wyposażone. Najważniejszym elementem stacji jest nowoczesny detektor promieniowania gamma, potrafiący namierzyć nawet pojedyncze cząstki substancji radioaktywnych.

Najwięcej czujników rozmieszczono blisko równika, gdzie przeważają pionowe ruchy powietrza, które mogą łatwo porwać i unieść na znaczną wysokość chmurę podejrzanych cząstek. Wtedy trudno byłoby ustalić źródło ich emisji. Dlatego sieć obserwacyjną zagęszczono, ustawiając detektory gamma na dziesiątkach podzwrotnikowych wysp rozrzuconych na wszystkich oceanach. Sporo stacji umieszczono także w pobliżu wielkich miast, m.in. Buenos Aires, Rio de Janeiro, Melbourne, Pekinu, Sztokholmu i Ułan Bator. Kilkanaście detektorów umieszczono wokół Arktyki, kilka pracuje na Antarktydzie, zbliżona ilość - w Afryce.

Pod koniec marca 2011 r. radioaktywne izotopy z Fukushimy unosiły się już nad całą półkulą północną, ale wciąż nie mogły przeniknąć na południe od równika. Nie potrafiły pokonać strefy równikowych deszczy i burz. To jedna z najpotężniejszych barier w ziemskiej atmosferze. W końcu i ją pokonały. W połowie kwietnia zostały zarejestrowane przez stacje sieci IMS w Australii, Papui-Nowej Gwinei oraz na Fidżi.

Od połowy kwietnia 2011 r. ilość krążących w atmosferze cząstek promieniotwórczych pochodzących z japońskich reaktorów zaczęła stopniowo spadać. Wynikało to m.in. z tego, że niektóre izotopy mają krótki czas połowicznego rozpadu. Ilość jodu 131J zmniejszała się o połowę co 8 dni, a ksenonu 133Xe - co 5 dni. W końcu detektory sieci IMS zaczęły notować obecność tylko pojedynczych cząstek z Fukushimy.

Sieć strażników
Awaria japońskich reaktorów nie była pierwszym testem dla globalnego systemu ostrzegawczego. Wcześniej wszczął on alarm po dwóch próbnych eksplozjach bomb atomowych przeprowadzonych przez Koreę Północną w 2006 i 2009 r.

To zresztą główne zadanie tej sieci. W przyszłości będzie pilnowała przestrzegania jednego z najważniejszych porozumień międzynarodowych: Traktatu o całkowitym zakazie prób z bronią jądrową.

Układ, w skrócie zwany CTBT (od ang. Comprehensive Nuclear-Test-Ban Treaty), został podpisany 24 września 1996 r., czyli 15 lat temu. Ratyfikowały go już 154 kraje, w tym Polska, mimo to nadal nie wszedł w życie. Stanie się tak dopiero, gdy ratyfikują go wszystkie 44 kraje, które negocjowały ostateczną wersję umowy. Nadal nie uczyniło tego dziewięć państw, w tym USA, Chiny, Indie, Pakistan i Korea Północna. Niektóre z nich argumentują, że zanim sam traktat wejdzie w życie, najpierw musi ruszyć globalna sieć aparatury kontrolnej potrafiącej wykryć i szybko zweryfikować każdą próbę użycia broni atomowej przeprowadzoną w dowolnym miejscu Ziemi. Stawka jest zbyt wysoka, aby można było polegać tylko na zapisach prawnych.

Między innymi z tego powodu dekadę temu w różnych regionach zaczęto rozmieszczać aparaturę do monitorowania globu. Planetę, niczym ciężko chorego człowieka, postanowiono wziąć pod ścisłą obserwację. Poza 80 stacjami, które mierzą poziom substancji radioaktywnych, w skład systemu IMC wchodzą: sejsmografy, aparatura hydroakustyczna oraz anteny do odbioru infradźwięków.

Sejsmografy służą do rejestracji fal sprężystych rozchodzących się w skałach. Źródłem tych fal mogą być zjawiska naturalne, np. trzęsienia ziemi, ale także podziemne wybuchy ładunków wybuchowych, w tym broni atomowej, które wprawiają w drżenie planetę. Sieć kontrolna liczy 50 głównych i 120 pomocniczych stacji sejsmicznych. Większość z nich ulokowano z dala od miast, aby ograniczyć szumy, których źródłem mogą być m.in. fabryki czy pełna samochodów autostrada.

Niezwykle czuła aparatura sejsmiczna rejestruje także rozmaite zjawiska naturalne. Mogą to być uderzenia fal morskich, silne podmuchy wiatru i wiele innych. Na przykład kanadyjska stacja w pobliżu miejscowości Yellowknife nad Wielkim Jeziorem Niewolniczym zimą reaguje na pękanie lodu na tym zbiorniku. W tle pojawiają się też mikrodrżenia, których źródłem jest ciężki sprzęt górniczy pracujący w niedalekiej kopalni złota.

Oceany na podsłuchu
Podczas gdy sejsmografy strzegą lądu, zadaniem aparatury hydroakustycznej jest rejestrowanie tego, co się dzieje pod wodą. Takie urządzenia zainstalowano głównie po to, by namierzały eksplozje jądrowe przeprowadzane głęboko pod wodą lub bezpośrednio nad powierzchnią morza.

Ponieważ fale akustyczne bardzo dobrze rozchodzą się w wodzie, wystarczy 11 takich stacji, aby monitorować cały glob. Zbudowano ich po kilka na każdym z oceanów, głównie na południowej „wodnej" półkuli. Zostały wyposażone albo w hydrofony umieszczone na głębokości 600-1200 m, najlepszej do prowadzenia podsłuchu, albo też w sejsmometry, które stoją na lądzie i rejestrują fale sejsmiczne wzbudzane przez dźwięki przenikające z morza na brzeg.

Jedna z takich stacji hydrofonowych znajduje się na wulkanicznej wyspie Robinson Cruzoe, leżącej we wschodniej części Pacyfiku, około 700 km od wybrzeży Chile. Na początku XVIII w. spędził tu cztery lata szkocki marynarz Alexander Selkirk, który prawdopodobnie zainspirował Daniela Defoe do napisania słynnej powieści o rozbitku. Trzysta lat później, w 2003 r. zbudowano tu stację hydroakustyczną HA03. Składa się ona z sześciu hydrofonów. Trzy z nich znajdują się 40 km na południe od wyspy. Podsłuchują południowe akweny Pacyfiku aż po Antarktydę. Trzy kolejne hydrofony umieszczono na północ od wyspy. Prowadzą nasłuch Pacyfiku od szerokości umiarkowanych aż po równik. Na północy Ocean Spokojny podsłuchują stacje ulokowane na amerykańskim atolu Wake i meksykańskiej wyspie Socorro.

Atmosfera także bez tajemnic
Czwarty element systemu - anteny odbierające infradźwięki - ma wykrywać eksplozje jądrowe w atmosferze. Infradźwięki to fale akustyczne o tak niskiej częstotliwości, że nasze ucho ich nie odbiera. Mogą natomiast, ponieważ są bardzo długie, pokonywać olbrzymie dystanse. Odebrany sygnał trzeba jednak umieć odróżnić od dziesiątek innych źródeł, takich jak wybuchy wulkanów, trzęsienia ziemi, pioruny, silne podmuchy wiatru, lawiny, zorze polarne, a nawet meteoroidy wpadające w ziemską atmosferę. Podobnie samoloty odrzutowe, rakiety, autostrady, ciężkie maszyny przemysłowe i wiele innych obiektów emituje infradźwięki. Niełatwe zadanie.

Po raz pierwszy obserwowano naturalne infradźwięki po eksplozji indonezyjskiego wulkanu Krakatau w 1883 r. Wiele razy obiegły glob, wybijając szyby w domach oddalonych o setki kilometrów od miejsca erupcji. Takie fale niskiej częstotliwości są przyczyną niewielkich wahań ciśnienia atmosferycznego, które można zarejestrować za pomocą mikrobarometrów. Stacje działające w ramach systemu IMS - docelowo będzie ich 60 w 37 krajach oraz na Antarktydzie - składają się z takich mikrobarometrów umieszczanych w systemach długich rur wytłumiających drgania, których źródłem jest wiatr.

Czujniki lokalizuje się z dala od miast, zakładów, portów i lotnisk, najchętniej - w środku lasu, który chroni przed wiatrem i wycisza tło. Nie zawsze jednak jest to możliwe. Na przykład działająca już od kilku lat amerykańska stacja infradźwiękowa Windless Bight ustawiona została na Lodowcu Szelfowym Rossa na Antarktydzie. Wyszukano jednak dla niej rejon niemal bezwietrzny, co na Szóstym Kontynencie, znanym raczej z huraganowych wiatrów, łatwe nie było.

Więcej w miesięczniku „Wiedza i Życie" nr 11/2011 »
Drukuj »
Ten artykuł nie został jeszcze skomentowany.
Aktualne numery
09/2019
08/2019
Kalendarium
Wrzesień
15
W 1857 r. niemiecki astronom Karl Theodor Robert Luther odkrył planetoidę (47) Aglaja.
Warto przeczytać
Dlaczego pobudka budzikiem szkodzi? Jak tańczą cząsteczki w porannej kawie? Czy smażąc jajecznicę na śniadanie, wzbogacamy ją o fluor? Tyle pytań, a jeszcze nawet nie wyszliśmy z domu!

WSPÓŁPRACUJEMY
Logowanie

Nazwa użytkownika

Hasło

Autor: Andrzej Hołdys | dodano: 2012-07-10
Globalny wielki brat

Stacja RN17 - do pomiaru substancji promieniotwórczych - zlokalizowana w Resolute Bay w kanadyjskiej Arktyce


Przed dekadą rozpoczęto budowę światowej sieci monitorującej testy broni jądrowej - powstał pierwszy system, który obserwuje Ziemię przez 24 godziny na dobę. Równie dobrze może śledzić wędrówki mikroskopijnych radioaktywnych cząstek, jak i wielorybów.

Pół roku temu, 11 marca 2011 r., na japońskiej wyspie Honsiu doszło do eksplozji w elektrowni jądrowej Fukushima Daichi, zniszczonej przez potężną falę tsunami. Chmura radioaktywnych izotopów jodu i cezu poszybowała na wysokość wielu kilometrów. Tam cząsteczki zostały pochwycone najpierw przez wiatry, potem przez prądy powietrzne (jet streamy) pędzące na dużych wysokościach z prędkościami przekraczającymi 100 km na godzinę.

O tym, że uwolnione z reaktorów Fukushimy izotopy, a także szlachetne gazy, przemierzają świat, wiadomo było niemal od razu, natomiast samą ich wędrówkę na bieżąco rejestrowały rozmieszczone na planecie czujniki wchodzące w skład sieci zwanej International Monitoring System (IMS).

To taki atomowy anioł stróż dla Ziemi. Docelowo na całym globie zostanie ustawionych 80 stacji mierzących koncentrację izotopów promieniotwórczych. Obecnie takich posterunków pracuje około 60. Wszystkie są identycznie wyposażone. Najważniejszym elementem stacji jest nowoczesny detektor promieniowania gamma, potrafiący namierzyć nawet pojedyncze cząstki substancji radioaktywnych.

Najwięcej czujników rozmieszczono blisko równika, gdzie przeważają pionowe ruchy powietrza, które mogą łatwo porwać i unieść na znaczną wysokość chmurę podejrzanych cząstek. Wtedy trudno byłoby ustalić źródło ich emisji. Dlatego sieć obserwacyjną zagęszczono, ustawiając detektory gamma na dziesiątkach podzwrotnikowych wysp rozrzuconych na wszystkich oceanach. Sporo stacji umieszczono także w pobliżu wielkich miast, m.in. Buenos Aires, Rio de Janeiro, Melbourne, Pekinu, Sztokholmu i Ułan Bator. Kilkanaście detektorów umieszczono wokół Arktyki, kilka pracuje na Antarktydzie, zbliżona ilość - w Afryce.

Pod koniec marca 2011 r. radioaktywne izotopy z Fukushimy unosiły się już nad całą półkulą północną, ale wciąż nie mogły przeniknąć na południe od równika. Nie potrafiły pokonać strefy równikowych deszczy i burz. To jedna z najpotężniejszych barier w ziemskiej atmosferze. W końcu i ją pokonały. W połowie kwietnia zostały zarejestrowane przez stacje sieci IMS w Australii, Papui-Nowej Gwinei oraz na Fidżi.

Od połowy kwietnia 2011 r. ilość krążących w atmosferze cząstek promieniotwórczych pochodzących z japońskich reaktorów zaczęła stopniowo spadać. Wynikało to m.in. z tego, że niektóre izotopy mają krótki czas połowicznego rozpadu. Ilość jodu 131J zmniejszała się o połowę co 8 dni, a ksenonu 133Xe - co 5 dni. W końcu detektory sieci IMS zaczęły notować obecność tylko pojedynczych cząstek z Fukushimy.

Sieć strażników
Awaria japońskich reaktorów nie była pierwszym testem dla globalnego systemu ostrzegawczego. Wcześniej wszczął on alarm po dwóch próbnych eksplozjach bomb atomowych przeprowadzonych przez Koreę Północną w 2006 i 2009 r.

To zresztą główne zadanie tej sieci. W przyszłości będzie pilnowała przestrzegania jednego z najważniejszych porozumień międzynarodowych: Traktatu o całkowitym zakazie prób z bronią jądrową.

Układ, w skrócie zwany CTBT (od ang. Comprehensive Nuclear-Test-Ban Treaty), został podpisany 24 września 1996 r., czyli 15 lat temu. Ratyfikowały go już 154 kraje, w tym Polska, mimo to nadal nie wszedł w życie. Stanie się tak dopiero, gdy ratyfikują go wszystkie 44 kraje, które negocjowały ostateczną wersję umowy. Nadal nie uczyniło tego dziewięć państw, w tym USA, Chiny, Indie, Pakistan i Korea Północna. Niektóre z nich argumentują, że zanim sam traktat wejdzie w życie, najpierw musi ruszyć globalna sieć aparatury kontrolnej potrafiącej wykryć i szybko zweryfikować każdą próbę użycia broni atomowej przeprowadzoną w dowolnym miejscu Ziemi. Stawka jest zbyt wysoka, aby można było polegać tylko na zapisach prawnych.

Między innymi z tego powodu dekadę temu w różnych regionach zaczęto rozmieszczać aparaturę do monitorowania globu. Planetę, niczym ciężko chorego człowieka, postanowiono wziąć pod ścisłą obserwację. Poza 80 stacjami, które mierzą poziom substancji radioaktywnych, w skład systemu IMC wchodzą: sejsmografy, aparatura hydroakustyczna oraz anteny do odbioru infradźwięków.

Sejsmografy służą do rejestracji fal sprężystych rozchodzących się w skałach. Źródłem tych fal mogą być zjawiska naturalne, np. trzęsienia ziemi, ale także podziemne wybuchy ładunków wybuchowych, w tym broni atomowej, które wprawiają w drżenie planetę. Sieć kontrolna liczy 50 głównych i 120 pomocniczych stacji sejsmicznych. Większość z nich ulokowano z dala od miast, aby ograniczyć szumy, których źródłem mogą być m.in. fabryki czy pełna samochodów autostrada.

Niezwykle czuła aparatura sejsmiczna rejestruje także rozmaite zjawiska naturalne. Mogą to być uderzenia fal morskich, silne podmuchy wiatru i wiele innych. Na przykład kanadyjska stacja w pobliżu miejscowości Yellowknife nad Wielkim Jeziorem Niewolniczym zimą reaguje na pękanie lodu na tym zbiorniku. W tle pojawiają się też mikrodrżenia, których źródłem jest ciężki sprzęt górniczy pracujący w niedalekiej kopalni złota.

Oceany na podsłuchu
Podczas gdy sejsmografy strzegą lądu, zadaniem aparatury hydroakustycznej jest rejestrowanie tego, co się dzieje pod wodą. Takie urządzenia zainstalowano głównie po to, by namierzały eksplozje jądrowe przeprowadzane głęboko pod wodą lub bezpośrednio nad powierzchnią morza.

Ponieważ fale akustyczne bardzo dobrze rozchodzą się w wodzie, wystarczy 11 takich stacji, aby monitorować cały glob. Zbudowano ich po kilka na każdym z oceanów, głównie na południowej „wodnej" półkuli. Zostały wyposażone albo w hydrofony umieszczone na głębokości 600-1200 m, najlepszej do prowadzenia podsłuchu, albo też w sejsmometry, które stoją na lądzie i rejestrują fale sejsmiczne wzbudzane przez dźwięki przenikające z morza na brzeg.

Jedna z takich stacji hydrofonowych znajduje się na wulkanicznej wyspie Robinson Cruzoe, leżącej we wschodniej części Pacyfiku, około 700 km od wybrzeży Chile. Na początku XVIII w. spędził tu cztery lata szkocki marynarz Alexander Selkirk, który prawdopodobnie zainspirował Daniela Defoe do napisania słynnej powieści o rozbitku. Trzysta lat później, w 2003 r. zbudowano tu stację hydroakustyczną HA03. Składa się ona z sześciu hydrofonów. Trzy z nich znajdują się 40 km na południe od wyspy. Podsłuchują południowe akweny Pacyfiku aż po Antarktydę. Trzy kolejne hydrofony umieszczono na północ od wyspy. Prowadzą nasłuch Pacyfiku od szerokości umiarkowanych aż po równik. Na północy Ocean Spokojny podsłuchują stacje ulokowane na amerykańskim atolu Wake i meksykańskiej wyspie Socorro.

Atmosfera także bez tajemnic
Czwarty element systemu - anteny odbierające infradźwięki - ma wykrywać eksplozje jądrowe w atmosferze. Infradźwięki to fale akustyczne o tak niskiej częstotliwości, że nasze ucho ich nie odbiera. Mogą natomiast, ponieważ są bardzo długie, pokonywać olbrzymie dystanse. Odebrany sygnał trzeba jednak umieć odróżnić od dziesiątek innych źródeł, takich jak wybuchy wulkanów, trzęsienia ziemi, pioruny, silne podmuchy wiatru, lawiny, zorze polarne, a nawet meteoroidy wpadające w ziemską atmosferę. Podobnie samoloty odrzutowe, rakiety, autostrady, ciężkie maszyny przemysłowe i wiele innych obiektów emituje infradźwięki. Niełatwe zadanie.

Po raz pierwszy obserwowano naturalne infradźwięki po eksplozji indonezyjskiego wulkanu Krakatau w 1883 r. Wiele razy obiegły glob, wybijając szyby w domach oddalonych o setki kilometrów od miejsca erupcji. Takie fale niskiej częstotliwości są przyczyną niewielkich wahań ciśnienia atmosferycznego, które można zarejestrować za pomocą mikrobarometrów. Stacje działające w ramach systemu IMS - docelowo będzie ich 60 w 37 krajach oraz na Antarktydzie - składają się z takich mikrobarometrów umieszczanych w systemach długich rur wytłumiających drgania, których źródłem jest wiatr.

Czujniki lokalizuje się z dala od miast, zakładów, portów i lotnisk, najchętniej - w środku lasu, który chroni przed wiatrem i wycisza tło. Nie zawsze jednak jest to możliwe. Na przykład działająca już od kilku lat amerykańska stacja infradźwiękowa Windless Bight ustawiona została na Lodowcu Szelfowym Rossa na Antarktydzie. Wyszukano jednak dla niej rejon niemal bezwietrzny, co na Szóstym Kontynencie, znanym raczej z huraganowych wiatrów, łatwe nie było.