Le travail qui a commencé en 2017 en tant que mission de vacances de printemps pour les membres d'un séminaire de première année William &Mary s'est transformé de manière inattendue en une enquête sérieuse sur la présence d'un isotope radioactif dans le miel dans l'est des États-Unis.

L'isotope est le césium-137, une relique des essais de bombes atomiques menés pendant la guerre froide. Jim Kaste, professeur agrégé au département de géologie de l'université, rapporte que 68 des 122 échantillons de miel du Maine à la Floride montrent des quantités variables de césium-137.

La contamination des aliments par le césium 137 a suscité des inquiétudes à la suite des incidents nucléaires de Tchernobyl et de Fukushima, mais Kaste a déclaré que les niveaux de césium-137 qu'il a trouvé dans le miel sont bien inférieurs aux niveaux qui ont incité les autorités à retirer de la nourriture du marché après ces catastrophes nucléaires.

"Je n'essaie pas de dire aux gens qu'ils ne devraient pas manger de miel. Je nourris mes enfants avec du miel, " a déclaré Kaste. "Je mange plus de miel maintenant que lorsque j'ai commencé ce projet."

La recherche a été publiée dans "Bomb ¹³⁷ Cs dans le miel moderne révèle une maîtrise régionale des sols sur le cycle des polluants par les plantes, " dans la revue Communication Nature . Les co-auteurs sont Andrew J. Elmore du University of Maryland Center for Environmental Science et Paul Volante '20, qui était membre du séminaire COLL 150 qui a découvert le phénomène.

Une hypothèse en plusieurs étapes

Kaste propose une hypothèse en plusieurs étapes sur la façon dont le césium-137 a parcouru d'énormes distances, même en traversant l'océan Pacifique, pour se retrouver dans des pots de miel provenant de ruches de la côte est des États-Unis. L'hypothèse explique également pourquoi le césium-137 a tendance à apparaître dans certaines zones plus que d'autres.

Le césium-137 est un sous-produit de la fission uranium-plutonium, une composante des retombées des explosions expérimentales de bombes H menées par les États-Unis et l'Union soviétique sur des sites allant du Nouveau-Mexique et du Nevada aux îles Marshall et à l'archipel arctique russe Novaya Zemlya. Les tests de bombes variaient en ampleur et Kaste a déclaré qu'il était impossible de déterminer la bombe précise qui a produit le césium-137 trouvé dans n'importe quelle région, sans parler de tout pot de miel spécifique.

"Mais nous savons que la production de césium-137 des sites du Pacifique et de la Russie était plus de 400 fois supérieure à la production des explosions du Nouveau-Mexique et du Nevada, " dit-il. " Une seule bombe russe, la bombe du tsar, était plus de 50 fois plus puissant que tous les tests du Nevada et du Nouveau-Mexique réunis."

Kaste a expliqué que ce qui n'est pas tombé sur terre près des sites d'essai a dérivé haut dans l'atmosphère et dans la stratosphère dans le cas des explosions plus importantes. Les vents dominants ont transporté le césium vers l'est jusqu'à ce que l'isotope soit ramené sur terre par les pluies abondantes de l'est des États-Unis.

L'examen par Kaste du miel de source unique a montré certaines tendances. Par exemple, les échantillons de miel du piémont de Virginie étaient pratiquement exempts de césium. Par comparaison, le miel de Caroline du Nord vers le sud montrait généralement la présence de césium-137. Le miel de Floride était particulièrement "chaud".

Les niveaux de césium étaient mélangés de Virginie nord, - mais curieusement, a recommencé à apparaître dans le Maine.

"J'ai parlé à un apiculteur du Maine, et il m'a dit qu'ils envoient leurs ruches vers le sud pour l'hiver, " dit Kaste. " Le Maine devient trop froid pour les abeilles. "

C'est la chimie du sol

Comme le césium a été apporté à la terre par les précipitations, il serait logique que les zones avec les précipitations annuelles les plus élevées aient tendance à produire du miel contenant du césium. Mais tel n'était pas le cas. Le secret de la connexion césium-miel, les collaborateurs ont trouvé, était en chimie des sols, en particulier la teneur en potassium.

Les chercheurs ont tracé leurs échantillons de miel sur une carte montrant les niveaux de potassium dans chaque comté. Ils ont trouvé une corrélation nette et inverse :le miel au césium provenait de sols pauvres en potassium, tels que ceux répandus des Carolines vers le bas.

"Le potassium est un nutriment important pour les plantes, " dit-il. " Et les atomes de potassium et de césium se ressemblent beaucoup. "

Les plantes à la recherche de potassium absorbaient le césium, Kaste a expliqué, ajoutant que la substitution ne s'est pas produite là où le sol était riche en potassium. Mais dans un sol pauvre en potassium, les plantes prennent ce qui semble être la prochaine meilleure chose, le transmettant par le nectar aux abeilles. Les abeilles bioamplifient le césium dans le processus de fabrication du miel.

La sonde à miel trouve sa genèse dans GEOL 150 :Radioactive Pollution. Kaste a dit qu'il s'est rendu compte que ses élèves - et peut-être même les parents de ses élèves - n'avaient aucune expérience de l'anxiété de la bombe atomique, les tests à la bombe et les exercices de défense civile de l'école qui ont suivi.

Il a imaginé une démonstration pratique pour montrer à la classe sur laquelle s'attarde l'âge de la bombe atomique – dans notre nourriture. Il a confié aux élèves une mission pour les vacances de printemps :rapporter de la nourriture d'origine locale.

Les étudiants sont revenus avec une variété de produits alimentaires provenant de divers endroits. Pommes, sirop d'érable, noix de pécan, houblon. Paul Volante a chargé un copain de ramener des agrumes de Floride :« J'ai payé les oranges.

Les participants au séminaire ont utilisé le détecteur gamma de Kaste pour tester la présence de césium-137 dans leurs aliments. Kaste les résultats étaient instructifs, "une bouffée de césium ici, une bouffée de césium là-bas, " jusqu'à ce qu'un échantillon montre la présence de l'isotope à des niveaux plus de 100 fois supérieurs aux autres. Il provenait d'un pot de miel obtenu sur un marché fermier de Caroline du Nord.

"Je l'ai mesuré à nouveau parce que je pensais que quelque chose était arrivé au conteneur ou que mon détecteur était dingue. J'ai reproduit la mesure. Et c'était, de nouveau, 100 fois plus chaud que n'importe lequel de ces autres aliments."

La quête du miel commence

Kaste a lancé une recherche de miel dans une grande partie de l'est des États-Unis, soutenu par un prix Joseph J. Plumeri pour l'excellence du corps professoral et un financement du William &Mary Office of the Provost. Il a mis Paul Volante au travail.

"Essentiellement, J'ai commencé par trouver des producteurs de miel, " dit Volante. " J'avais besoin de vérifier qu'ils étaient locaux, petits producteurs de miel. Et donc je leur enverrais un e-mail. Nous le commandions et une fois arrivé ici, puis nous le versions généralement dans cette boîte de Pétri de 150 millilitres."

Volante est entré au rez-de-chaussée du projet de miel en première année et y est resté pendant ses quatre années chez William &Mary et au-delà. Après obtention du diplôme, Volante a été embauché comme technicien au Département de géologie; il se prépare maintenant à entrer en doctorat. programme à Penn State. Il a une double spécialisation en géologie et chimie, une combinaison qui, dit-il, l'a bien servi dans sa recherche d'un programme de doctorat.

"C'est un doctorat en géosciences, " dit-il. " C'est vraiment de la géochimie - appliquer la chimie dans un contexte géologique. "

Son inscription en tant que co-auteur sur un article dans Communication Nature n'a pas nui à sa candidature à Penn State, Soit. Volante est passé en douceur de participant à ce séminaire de première année à collaborateur de laboratoire à co-auteur.

Les choses sont devenues collantes une fois que le miel est arrivé dans le laboratoire gamma. Volante a rencontré les mêmes problèmes que les utilisateurs de miel à la maison :le verser soigneusement sans mettre du miel partout. Il a développé une technique qui a atténué le désordre.

"Franchement, ce qui fonctionne pour moi c'est ceci :parce que le miel est si visqueux, une fois que vous commencez à le verser, il y a du retard, " expliqua-t-il. " Quand tu verses de l'eau, tout se passe immédiatement. Mais le miel traîne tellement que vous pouvez en quelque sorte commencer à le verser, puis faites un petit flip."

Une fois que l'échantillon de miel est en sécurité dans la boîte de Pétri, il passe dans le détecteur gamma pendant quelques jours. Le détecteur enregistre les interactions des particules gamma émises lors de la désintégration du césium-137.

Volante a travaillé avec Kaste tout au long de ses années de premier cycle chez William &Mary. Il a concentré sa thèse d'honneur sur un isotope apparenté, américium-241. Kaste a expliqué que l'américium-241 est une "fille du plutonium" et un produit de la fission de la bombe, comme le césium-137.

"L'américium-241 est un peu partout, " a déclaré Kaste. Il est à des concentrations inférieures à celles du césium. Mais il n'est pas absorbé par les plantes, donc l'américium-241 ne finit pas dans le miel."

L'indifférence des plantes à l'américium-241, combinée à la demi-vie de l'isotope d'environ 400 ans, le rend précieux pour Volante et d'autres géologues de l'environnement qui s'intéressent à la datation des sédiments, dit Kaste.

Le polluant radioactif dominant

Mais il a ajouté que le césium-137, avec sa demi-vie d'environ 30 ans, demeure la forme dominante de pollution par les rayonnements ionisants dans l'environnement, même 60 ans après la fin des essais à la bombe. Et Kaste a souligné que les sources dominantes de contamination au césium-137 dans l'est des États-Unis sont ces tests à la bombe, pas d'accidents de centrales nucléaires.

L'article de Nature Communications note que l'infiltration de césium-137 dans l'alimentation humaine est un sujet de préoccupation depuis un certain temps :Kaste a déclaré que le gouvernement américain avait effectué des tests généralisés sur le lait pour détecter la présence de césium-137 et d'autres radionucléides de l'ère de la guerre froide. jusque dans les années 1980. Il a dit qu'il a déterré les enregistrements des tests de lait, qui a constamment montré des niveaux de contamination plus élevés dans les échantillons de Floride.

Il n'y a aucune trace de lait retiré du marché pour des niveaux élevés de césium-137, Kaste a dit, réitérant que ses études sur le miel ne devraient susciter aucune préoccupation pour la consommation humaine. Mais les insectes pourraient être une tout autre affaire.

"Ce que nous voyons aujourd'hui est une petite fraction du rayonnement qui était présent dans les années 1960 et 1970, " a-t-il dit. " Et nous ne pouvons pas dire avec certitude si le césium-137 a quelque chose à voir avec l'effondrement des colonies d'abeilles ou le déclin de la population. "

Kaste a déclaré qu'il espérait que le travail du miel illustre la longue durée de vie des polluants environnementaux, en particulier les manières souvent imprévisibles dont les contaminants peuvent circuler dans l'environnement. Césium-137, il a dit, est un « polluant ancien, " rester avec nous alors que la désintégration nucléaire réduit de moitié sa présence toutes les trois décennies.

C'est un mouvement lent vers un point de fuite virtuel, il ajouta, à moins qu'un autre événement de fission n'introduise une autre dose de l'isotope dans l'environnement.

Vous avez des ruches ?

Le géologue Jim Kaste recherche plus de miel pour tester la présence de césium-137. Ses exigences :

• Miel de source unique, pas un mélange.
• Informations sur les plantes broutées par les abeilles.
• GPS/longitude-latitude des ruches.

Contactez-le à [email protected]