Arbete som började 2017 som ett våruppehållsuppdrag för medlemmar av ett William &Mary-seminarium för förstaårsstudenter blommade oväntat ut i en seriös undersökning av förekomsten av en radioaktiv isotop i honung i östra USA.

Isotopen är cesium-137, en kvarleva från atombombtest utförda under det kalla kriget. Jim Kaste, en docent vid universitetets geologiska institution, rapporterar att 68 av 122 honungsprover från Maine till Florida visar varierande mängder cesium-137.

Cesium-137 förorening av mat väckte oro efter kärnkraftsincidenterna i Tjernobyl och Fukushima, men Kaste sa att nivåerna av cesium-137 som han hittat i honung är långt under de nivåer som fick myndigheterna att dra ut mat från marknaden efter dessa kärnkraftskatastrofer.

"Jag försöker inte säga till folk att de inte borde äta honung. Jag matar mina barn med honung, " sa Kaste. "Jag äter mer honung nu än jag gjorde när jag startade det här projektet."

Forskningen publicerades i "Bomb ¹³⁷ Cs i modern honung avslöjar en regional markkontroll på föroreningars cirkulation av växter, " i journalen Naturkommunikation . Medförfattare är Andrew J. Elmore från University of Maryland Center for Environmental Science och Paul Volante '20, som var medlem i COLL 150-seminariet som avslöjade fenomenet.

En flerstegshypotes

Kaste erbjuder en flerstegshypotes om hur cesium-137 förflyttade sig enorma avstånd – till och med korsade Stilla havet – för att hamna i burkar med honung från bikupor på Amerikas östkust. Hypotesen tar också upp varför cesium-137 tenderar att dyka upp i vissa områden mer än andra.

Cesium-137 är en biprodukt av klyvning av uran-plutonium, en del av nedfallet från testexplosioner från H-bomb utförda av USA och Sovjetunionen på platser från New Mexico och Nevada till Marshallöarna och den ryska arktiska ögruppen Novaja Zemlja. Bombtesterna varierade i storlek och Kaste sa att det är omöjligt att bestämma den exakta bomben som producerade cesium-137 som finns i någon region, än mindre någon specifik burk med honung.

"Men vi vet att produktionen av cesium-137 från Stillahavsområdet och Ryssland var mer än 400 gånger produktionen av explosionerna i New Mexico och Nevada, " sa han. "En enda rysk bomb, tsarbomben, var mer än 50 gånger kraftfullare än alla tester i Nevada och New Mexico tillsammans."

Kaste förklarade att det som inte föll till jorden nära testplatserna drev högt upp i atmosfären - och in i stratosfären i fallet med de större explosionerna. De rådande vindarna bar cesiumet österut tills isotopen fördes till jorden av den rikliga nederbörden i östra USA.

Kastes undersökning av honung från en källa visade några trender. Till exempel, honungsprover från Virginia Piemonte var praktiskt taget cesiumfria. Som jämförelse, honung från North Carolina söderut visade vanligtvis närvaron av cesium-137. Honung från Florida var särskilt "het".

Cesiumnivåer var blandade från Virginia norr, – men konstigt nog, började dyka upp igen i Maine.

"Jag pratade med en biodlare i Maine, och han berättade för mig att de skickade sina bikupor söderut för vintern, "Sa Kaste. "Maine blir för kallt för bin."

Det är markkemin

När cesium fördes till jorden av regn, det skulle vara vettigt att områdena med den högsta årliga nederbörden skulle tendera att producera cesiumspetsad honung. Men så var inte fallet. Hemligheten bakom cesium-honungsförbindelsen, kollaboratörerna hittade, var i markkemi, särskilt kaliumhalten.

Forskarna ritade sina honungsprover ovanpå en karta som visar kaliumnivåer i varje län. De fann en bestämd och omvänd korrelation:cesiumspetsad honung kom från jordar med låg kalium, som de som är vanliga från Carolinas och neråt.

"Kalium är ett viktigt näringsämne för växter, ", sa han. "Och kalium- och cesiumatomer ser väldigt lika ut."

Växter som letade efter kalium tog upp cesium, Kaste förklarade, tillägger att substitutionen inte ägde rum där jorden var kaliumrik. Men i jord med låg kalium, växterna tar upp det som verkar vara det näst bästa, skickar den vidare genom nektar till bina. Bina biomagnifierar cesiumet i honungsprocessen.

Honungssonden hade sin tillkomst i GEOL 150:Radioactive Pollution. Kaste sa att han insåg att hans elever – och kanske till och med föräldrarna till hans elever – inte hade någon erfarenhet av atombombångest, bombproven och skolans civilförsvarsövningar som följde.

Han kom på en praktisk demonstration för att visa klassen att atombombåldern dröjer sig kvar - i vår mat. Han gav eleverna en vårlovsuppgift:ta tillbaka lite lokalt producerad mat.

Eleverna återvände med en mängd olika livsmedel från en mängd olika platser. Äpplen, lönnsirap, pekannötter, humle. Paul Volante ersatte en kompis för att ta tillbaka citrus från Florida:"Jag betalade för apelsinerna."

Seminariemedlemmar använde Kastes gammadetektor för att testa sina livsmedel för förekomst av cesium-137. Kaste resultaten var lärorika, "en doft av cesium här, en doft av cesium där, " tills ett prov visade närvaron av isotopen i nivåer som var mer än 100 gånger de andra. Den kom från en burk med honung från en bondemarknad i North Carolina.

"Jag mätte det igen för att jag trodde att något hände med behållaren eller att min detektor var galen. Jag återskapade mätningen. Och det var, på nytt, 100 gånger varmare än någon av dessa andra livsmedel."

Honungsquesten börjar

Kaste inledde en honungssökning över stora delar av östra USA, med stöd av ett Joseph J. Plumeri Award for Faculty Excellence och finansiering från William &Mary Office of the Provost. Han satte Paul Volante på jobbet.

"I grund och botten, Jag började med att bara hitta honungsproducenter, " sa Volante. "Jag behövde verifiera att de var lokala, småskaliga honungsproducenter. Och så skulle jag maila dem. Vi skulle beställa den och när den väl kom hit, då brukar vi hälla det i den här petriskålen på 150 milliliter."

Volante kom in på bottenvåningen i honungsprojektet som nybörjare och stannade med det under sina fyra år på William &Mary och därefter. Efter examen, Volante anställdes som tekniker vid institutionen för geologi; han förbereder sig nu för att ta en doktorsexamen. program vid Penn State. Han har dubbelexamen i geologi och kemi, en kombination som han säger tjänade honom väl i hans sökande efter ett doktorandprogram.

"Det är en doktorsexamen i geovetenskap, " sa han. "Det är verkligen geokemi - att tillämpa kemi i ett geologiskt sammanhang."

Hans notering som medförfattare på en tidning i Naturkommunikation skadade inte hans ansökan till Penn State, antingen. Volante övergick smidigt från deltagare i det förstaårsseminariet till laboratoriesamarbetspartner till medförfattare.

Saker och ting blev klibbiga när honungen kom till gammalabbet. Volante stötte på samma problem som honunganvändare stöter på hemma:att hälla upp det snyggt utan att få honung över allt. Han utvecklade en teknik som mildrade stök.

"Ärligt, Det som fungerar för mig är detta:Eftersom honungen är så trögflytande, när du väl börjar hälla det, det finns en försening, " förklarade han. "När du häller vatten, allt går bara direkt. Men honungen släpar så mycket att du kan börja hälla upp den, gör sedan en liten vändning."

När honungsprovet är säkert i petriskålen, den går in i gammadetektorn i ett par dagar. Detektorn loggar interaktioner mellan gamma-partiklarna som emitteras när cesium-137 sönderfaller.

Volante arbetade med Kaste under hela sin grundutbildning på William &Mary. Han fokuserade sin senior hedersuppsats på en relaterad isotop, americium-241. Kaste förklarade att americium-241 är en "plutoniumdotter" och en produkt av bombklyvning, som cesium-137.

"Americium-241 finns typ överallt, " sa Kaste. Det är i lägre koncentrationer än cesium. Men det tas inte upp av växter, så americium-241 hamnar inte i honung."

Växternas likgiltighet för americium-241, i kombination med isotopens halveringstid på cirka 400 år, gör det värdefullt för Volante och andra miljögeologer som är intresserade av att datera sediment, sa Kaste.

Den dominerande strålningsföroreningen

Men han tillade att cesium-137, med en halveringstid på cirka 30 år, är fortfarande den dominerande formen av joniserande strålning i miljön även 60 år efter att bombförsöken avslutades. Och Kaste påpekade att de dominerande källorna till cesium-137-kontamination i östra USA är dessa bombtester, inte kärnkraftsolyckor.

Nature Communications-tidningen noterar att infiltration av cesium-137 i den mänskliga kosten har varit ett problem under en tid:Kaste sa att den amerikanska regeringen genomförde omfattande tester av mjölk för närvaron av cesium-137 och andra radionuklider från kalla krigets era fram till 1980-talet. Han sa att han grävde fram register över mjölktestningen, vilket visade konsekvent högre nivåer av förorening i prover från Florida.

Det finns inga uppgifter om att mjölk har tagits bort från marknaden för höga cesium-137-nivåer, Kaste sa, och upprepade att hans honungsstudier inte bör väcka någon oro för mänsklig konsumtion. Men insekter kan vara en helt annan sak.

"Vad vi ser idag är en liten del av den strålning som fanns under 1960- och 1970-talen, ", sa han. "Och vi kan inte med säkerhet säga om cesium-137 har något att göra med bisamhällets kollaps eller befolkningsminskningen."

Kaste sa att han hoppas att honungsarbetet illustrerar den långa livslängden för miljöföroreningar, särskilt de ofta oförutsägbara sätten som föroreningar kan cirkulera genom miljön. Cesium-137, han sa, är en "arv förorening, "Att hålla med oss ​​när kärnkraftsförfallet halverar dess närvaro vart tredje decennium.

Det är en långsam rörelse mot en virtuell flyktpunkt, han lade till, om inte någon annan fissionshändelse introducerar en annan dos av isotopen i miljön.

Har du nässelutslag?

Geologen Jim Kaste letar efter mer honung för att testa förekomsten av cesium-137. Hans krav:

• Honung från en källa, inte en blandning.
• Info om växter som bin bläddrat i.
• GPS/longitud-latitud för bikupor.

Kontakta honom på [email protected]