Marine radioecology after the Fukushima Dai-ichi nuclear accident : are we better positioned to understand the impact of radionuclides in marine ecosystems?

© The Author(s), 2017. This is the author's version of the work. It is posted here under a nonexclusive, irrevocable, paid-up, worldwide license granted to WHOI. It is made available for personal use, not for redistribution. The definitive version was published in Science of The Total Environment 618 (2017): 80-92, doi:10.1016/j.scitotenv.2017.11.005.This paper focuses on how a community of researchers under the COMET (CO-ordination and iMplementation of a pan European projecT for radioecology) project has improved the capacity of marine radioecology to understand at the process level the behaviour of radionuclides in the marine environment, uptake by organisms and the resulting doses after the Fukushima Dai-ichi nuclear accident occurred in 2011. We present new radioecological understanding of the processes involved, such as the interaction of waterborne radionuclides with suspended particles and sediments or the biological uptake and turnover of radionuclides, which have been better quantified and mathematically described. We demonstrate that biokinetic models can better represent radionuclide transfer to biota in non-equilibrium situations, bringing more realism to predictions, especially when combining physical, chemical and biological interactions that occur in such an open and dynamic environment as the ocean. As a result, we are readier now than we were before the FDNPP accident in terms of having models that can be applied to dynamic situations. The paper concludes with our vision for marine radioecology as a fundamental research discipline and we present a strategy for our discipline at the European and international levels. The lessons learned are presented along with their possible applicability to assess/reduce the environmental consequences of future accidents to the marine environment and guidance for future research, as well as to assure sustainability of marine radioecology in Europe and globally. This guidance necessarily reflects on why and where further research funding is needed, signalling the way for future investigations.The research leading to this paper has received funding from the European Union's seventh Framework programme (FP7/2007-2013) under grant agreement No. is 604974 (Projects within COMET: Marine Initial Research Activity and The impact of recent releases from the Fukushima nucleaR Accident on the Marine Environment - FRAME). Sampling off Japan has been supported by the Gordon and Betty Moore Foundation, the Deerbrook Charitable Trust and contributions to the WHOI Centre for Marine and Environmental Radioactivity. We acknowledge the JSPS KAKENHI Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas Grant No. 24110005 for supporting in part the activities during the research cruises to the FDNPP area

Using a chain of models to predict health and environmental impacts in Norway from a hypothetical nuclear accident at the Sellafield site

Embargo until 23 January 2022When a nuclear accident occurs, decision makers in the affected country/countries would need to act promptly to protect people, the environment and societal interests from harmful impacts of radioactive fallout. The decisions are usually based on a combination of model prognoses, measurements, and expert judgements within in an emergency decision support system (DSS). Large scale nuclear accidents would need predictive models for the atmospheric, terrestrial, freshwater, and marine ecosystems, for the connections between these in terms of radionuclide fluxes, and for the various exposure pathways to both humans and biota. Our study showed that eight different models and DSS modules could be linked to assess the total human and environmental consequences in Norway from a hypothetical nuclear accident, here chosen to be the Sellafield nuclear reprocessing plant. Activity concentrations and dose rates from 137Cs for both humans and the environment via various exposure routes were successfully modelled. The study showed that a release of 1% of the total inventory of 137Cs in the Highly Active Liquor Tanks at Sellafield Ltd is predicted to severely impact humans and the environment in Norway if strong winds are blowing towards the country at the time of an accidental atmospheric release. Furthermore, since the models did not have built-in uncertainty ranges when this Sellafield study was performed, investigations were conducted to identify the key factors contributing to uncertainty in various models and prioritise the ones to focus on in future research.acceptedVersio

Detailed plan for the COMET WP3 initial research activity - list of research projects and goals, participants and timing

Detailed plan for the COMET Work Package (WP) 3

Tilførselsprogrammet fase III: Sammenstilling av grunnlagsdata for overvåkning

Hovedmålet for prosjektet er til å utarbeide et forslag til et fremtidig overvåkingsprogram for norske havområder i tilknytning til Tilførselsprogrammet. Dette har som mål til å skaffe oversikt over tilførslene av olje og miljøfarlige stoffer til norske kyst- og havområder fra alle kilder og danne grunnlag for en helhetlig overvåking. Rapporten gir først en oversikt over aktiviteter som ble gjennomført i vinter 2008/2009. Deretter følger en oversikt over etablert overvåking og kunnskapsmangler. På dette grunnlaget framsettes forslag til supplerende, langsiktig overvåking av tilførsler og miljøtilstand for de norske kyst- og havområden

Tilførselsprogrammet 2010. Overvåking av tilførsler og miljøtilstand i Nordsjøen

Det er utført nye beregninger av tilførsel av olje, miljøgifter og radioaktive stoffer til den norske delen av Nordsjøen (inkludert Skagerrak). Hovedinntrykket er at det her er relativt liten tilførsel av miljøfarlige stoffer. Tilførsel fra luft gir det største bidrag av PAH, kvikksølv og bly til mer sentral del av Nordsjøen. Skipstrafikk dominerer mht. tilførsel av olje og tributyltinn, mens det til Skagerrak er tilførsler fra land (elver) som gir størst bidrag av PAH, kvikksølv, bly og tributyltinn. Bidrag av radionukliden strontium-90 er størst fra Østersjøvannet via Kattegat, mens plutonium-239+240 kommer som atmosfærisk nedfall. Kjemikalier i sediment og torsk viste i hovedsak lave til moderate konsentrasjoner. Konsentrasjonen av radioaktive stoffer i vann, sediment og torsk var på samme nivåer som registrert på de øvrige overvåkingsstasjonene i Nordsjøen. Det er fortsatt store kunnskapsmangler og usikkerheter både i datagrunnlag og i estimatene av tilførsler. Det er spesielt viktig å få forbedrede tall for tilførsler til havområdene via luft og forbedring av de marine transport- og spredningsmodellene

Tilførselsprogrammet 2011. Overvåking av tilførsler og miljøtilstand i Norskehavet

Denne rapporten beskriver beregninger av tilførsel av olje, miljøgifter og radioaktive stoffer fra syv kilder til syv regioner i den norske delen av Norskehavet. Dataene fra de ulike kildene brukes til å beregne konsentrasjoner av miljøgifter i vannsøylen i hele det definerte området av Norskehavet (3 dimensjoner) og beregne transport av Hg, PCB153 og BaP inn og ut av hver av de syv regionene. Denne transportfluksen er stor sammenlignet med tilførslene og vil skiftevis være en netto kilde eller netto sluk til hver region. Hovedtrekkene er at tilførslene domineres av nedfall fra atmosfæren som balanseres av nedbrytning og sedimentering i vannsøylen pluss eksport/import fra tilstøtende havområder. Det er relativt liten tilførsel av miljøfarlige stoffer. Med få unntak gir tilførsel fra luft det største bidrag av kvikksølv, bly, kadmium, krom, arsen, PCB (PCB-153) og PAH (benzo[a]pyren) til alle regionene. Unntak gjelder bidrag fra land for krom i midt-Norge og bidrag fra havbunn for bly og krom fra mer sentrale deler av Norskehavet. Skipstrafikk dominerer mht. tilførsel av olje. Tilførsel fra luft gir det største bidraget av radionuklidene plutonium-239+240 og strontium-90 i den østlige delen av Norskehavet. Ellers er Sellafield den dominerende kilden. Miljøgifter i sediment og torsk viste i hovedsak lave til moderate konsentrasjoner. Konsentrasjonen av radioaktive stoffer i vann, sediment og torsk var lave, og sammenlignbare med resultater fra andre undersøkelser i Norskehavet. Det er fortsatt store kunnskapsmangler og usikkerheter både i datagrunnlag og i estimatene av tilførsler. Det er spesielt viktig å få forbedrede tall for tilførsler til havområdene via luft og forbedring av de marine transport- og spredningsmodellene

Marine radioecology after the Fukushima Dai-ichi nuclear accident: Are we better positioned to understand the impact of radionuclides in marine ecosystems?

This paper focuses on how a community of researchers under the COMET (CO-ordination and iMplementation of a pan European projecT for radioecology) project has improved the capacity of marine radioecology to understand at the process level the behaviour of radionuclides in the marine environment, uptake by organisms and the resulting doses after the Fukushima Dai-ichi nuclear accident occurred in 2011. We present new radioecological understanding of the processes involved, such as the interaction of waterborne radionuclides with suspended particles and sediments or the biological uptake and turnover of radionuclides, which have been better quantified and mathematically described. We demonstrate that biokinetic models can better represent radionuclide transfer to biota in non-equilibrium situations, bringing more realism to predictions, especially when combining physical, chemical and biological interactions that occur in such an open and dynamic environment as the ocean. As a result, we are readier now than we were before the FDNPP accident in terms of having models that can be applied to dynamic situations. The paper concludes with our vision for marine radioecology as a fundamental research discipline and we present a strategy for our discipline at the European and international levels. The lessons learned are presented along with their possible applicability to assess/reduce the environmental consequences of future accidents to the marine environment and guidance for future research, as well as to assure the sustainability of marine radioecology. This guidance necessarily reflects on why and where further research funding is needed, signalling the way for future investigations

Tilførselsprogrammet 2009. Overvåking av tilførsler og miljøtilstand i Barentshavet og Lofotenområdet

Det er utført nye beregninger av tilførsel av olje, kjemikalier og radioaktive stoffer til Barentshavet. Hovedinntrykket er relativt liten tilførsel av miljøfarlige stoffer til Barentshavet – Lofotenområdet. Nå er imidlertid tørravsetning inkludert i atmosfærisk nedfall og gir vesentlig høyere tilførsel av PAH og PCB enn tidligere kjent. Tilførsel fra luft gir største bidrag til Barentshavet av PCB, PAH, kvikksølv, krom, bly og kadmium. Skipstrafikk dominerer mht. tilførsel av olje og tributyltinn. En ny modell er tatt i bruk for å bedømme transport av miljøfarlige stoffer til Barentshavet og fordelingen innad i havområdet. Overvåking av kjemikalier i sediment og torsk viste i hovedsak lave til moderate konsentrasjoner. Konsentrasjonen av radioaktive stoffer i vann, sediment og torsk var på samme nivåer som registrert på de øvrige overvåkingsstasjonene i Barentshavet. Det er fortsatt store kunnskapsmangler og usikkerheter både i datagrunnlag og i estimatene av tilførsler. Spesielt viktig for den neste rulleringen av programmet er forbedrede tall for tilførsler via luft og forbedring av de marine transport- og spredningsmodellen