Godzinne stanie na brzegu Jeziora Karaczajskiego kiedyś oznaczało śmiertelną dawkę promieniowania. Jezioro Karaczajskie było niewielkim zbiornikiem wodnym w południowym Uralu w Rosji, który od 1951 roku był wykorzystywany przez radziecki kompleks broni jądrowej (Majak) jako na świeżym powietrzu składowisko wysokoaktywnych odpadów radioaktywnych. Z biegiem czasu w jego osadach zgromadziło się około 4,44 eksabekereli (EBq) radioaktywności (około 120 milionów kiurów) – około 2,5 razy więcej niż całkowita emisja spowodowana katastrofą reaktora w Czarnobylu w 1986 roku. Według niektórych szacunków było to „najbardziej zanieczyszczone miejsce na planecie”. Niniejszy artykuł przedstawia pełną historię, badania naukowe i wpływ człowieka na Jezioro Karaczajskie: od początków zimnej wojny i katastrofalnych wypadków, po badania nad zdrowiem i długotrwałe, trwające prace oczyszczające.
Jezioro Karaczajskie (ros. Ozero Karaczaj) było maleńkim jeziorem (maksymalnie 1 km²) w obwodzie czelabińskim w Rosji, w pobliżu zakładu plutonowego Majak. W latach 1940–1960, stalinowski program bombowy stawiał na szybkość ponad bezpieczeństwo. Wyczerpane paliwo jądrowe i odpady płynne były początkowo zrzucane do rzeki Techa i jezior Kyzył-Tasz i Kyzyłtasz, zanieczyszczając wsie i pola uprawne. Kiedy nawet te składowiska o obiegu otwartym uznano za zbyt radioaktywne, w 1951 roku Majak zaczął zrzucać odpady do Karaczaju, pobliskiego płytkiego jeziora, które nie mogło odpowiednio chłodzić reaktorów. W ciągu 17 lat (1951–1968) osady jeziora Karaczaj wchłonęły szacunkowo 4,44×10^18 Bq radioaktywności, przez co otaczająca strefa stała się śmiertelnie gorąca. W jednym z raportów z 1990 roku odnotowano, że linia brzegowa emitowała około 600 rentgenów na godzinę – wystarczająco, aby zadać śmiertelną dawkę w niecałą godzinę.
Te składowiska miały poważne konsekwencje. W 1957 roku eksplozja zbiornika w Majaku (katastrofa w Kysztym) rozrzuciła setki petabekereli odpadów po południowym Uralu. W 1968 roku susza i wichury odsłoniły suche złoże Karaczaju, unosząc w powietrze około 185 PBq pyłu i zanieczyszczając społeczności położone niżej (setki tysięcy ludzi) długowiecznym cezem i strontem. Nadal trwają badania nad wpływem na zdrowie: długotrwałe narażenie na niskie dawki wydaje się wiązać z podwyższoną zachorowalnością na raka u pracowników Majaku i mieszkańców wiosek nadrzecznych.
Na początku XXI wieku międzynarodowe obawy i rosyjski federalny program bezpieczeństwa doprowadziły do trwającego wiele dekad oczyszczania. Inżynierowie ostatecznie zakopali jezioro pod betonem, kamieniami i glebą (projekt ukończono w latach 2015–2016), a na jego miejscu stoi obecnie przypowierzchniowy składowisko odpadów jądrowych. Jednak monitoring wód gruntowych i badania środowiskowe trwają, a eksperci pozostają podzieleni co do tego, czy zadanie zostało już wykonane. W tej obszernej analizie łączymy źródła archiwalne, raporty środowiskowe i recenzowane badania naukowe, aby wyjaśnić wzrost i spadek poziomu jeziora Karaczaj, używając jasno zdefiniowanych jednostek (bekereli, siwertów itp.) oraz danych porównawczych. Odróżniamy ustalone fakty (z raportów międzynarodowych i badań kohortowych) od interpretacji i uwzględniamy wszelkie szczegóły istotne z punktu widzenia czasu.
Jezioro Karaczajskie (ros. Ozero Karaczaj) leżało w górach Południowego Uralu, w pobliżu miasta Oziorsk (dawniej Czelabińsk-65), w obwodzie czelabińskim w Rosji. Było to małe, płytkie jezioro stepowe (o powierzchni zaledwie 0,5–1 km² w najwyższym punkcie) na wysokości około 620 metrów n.p.m. Jezioro było odcięte od wód gruntowych i nie miało odpływu, co czyniło je odpowiednim miejscem na odpady. Do lat 60. XX wieku jego powierzchnia skurczyła się do kilkuset metrów szerokości z powodu wydobycia wody przez klimat i pompowanie. Obecnie „Jezioro Karaczajskie” nie istnieje już jako otwarte jezioro; zostało całkowicie wypełnione skałami, betonem i glebą. Miejsce to znajduje się w silnie strzeżonej strefie wykluczenia nuklearnego wokół miasta Majak.
Karaczaj zyskał ponurą reputację. Już w 1990 roku amerykańskie organy nadzoru jądrowego nazwały go „najbardziej zanieczyszczonym miejscem na Ziemi”. Osady jeziora zawierały ogromne złoża długożyciowych radionuklidów (zwłaszcza cezu-137 i strontu-90) pochodzących z przerobu paliwa jądrowego. Raporty rządowe i badania retrospektywne zawierały szokujące twierdzenia: pod koniec lat 60. XX wieku 100% objętości Karaczaju pochłonęło około 120 milionów kiurów (4,44×1018 Bq) radioaktywności. Dla porównania, awaria reaktora w Czarnobylu w 1986 roku uwolniła około 2,5×107 kiurów (85 petabeckereli) cezu Cs-137 – o rząd wielkości mniej. Krytycy zauważyli, że w szczytowym momencie dawka promieniowania na wybrzeżu Karaczaju wynosiła około 600 Röntgenów na godzinę, „wystarczająco, by zabić człowieka w ciągu godziny”. (600 R/h to około 6 siwertów na godzinę – dawka powodująca ostry zespół popromienny i śmierć w niecałą godzinę). Dane te potwierdzają, że Karaczaj jest prawdopodobnie najbardziej śmiercionośnym zbiornikiem wodnym, jaki kiedykolwiek wykorzystano.
W latach 50. i 60. XX wieku jezioro zgromadziło około 4,4 eksabekereli (EBq) radioaktywności. W praktyce dominowały w nim Cs-137 (~3,6 EBq) i Sr-90 (~0,74 EBq). (Jeden eksabekerel = 10^18 Bq). Dla porównania, globalna dawka promieniowania tła opadu wynosi zaledwie kilka mikrosiwertów rocznie – osad Karaczaju był biliony razy gorętszy. Kluczowe dane: osad zawierał około 120 milionów Ci (kiurów) mieszanych nuklidów. W 1968 roku suche dno jeziora generowało ogromne ilości pyłu: szacuje się, że wiatr uniósł około 185 petabekereli (PBq) (około 5 MCi) radionuklidów, zatruwając pola uprawne i wsie. Jeszcze w 1990 roku instrumenty w pobliżu brzegu jeziora wskazywały około 600 R/h. Ilości te – podawane w rozmaity sposób przez Worldwatch, NRDC i późniejszych śledczych – podkreślają, jak bardzo ilość odpadów w Karaczaju przyćmiła ilość odpadów powstających w wyniku innych wypadków jądrowych (patrz tabela porównawcza poniżej).
W 1945 roku, wkrótce po amerykańskich bombardowaniach Hiroszimy i Nagasaki, Stalin nakazał przeprowadzenie programu mającego na celu opracowanie radzieckiej bomby. Kombinat Chemiczny Majak (Chemkombinat-817), 900 mil na wschód od Moskwy, została zbudowana w tajemnicy (ukończona w 1948 roku) w celu produkcji plutonu do broni jądrowej. Stalin, mając radzieckie zapasy materiałów rozszczepialnych za priorytet, przyznał ogromne uprawnienia zarządcom Majak. Zakład – na terenie dzisiejszego Ozierska – posiadał reaktory jądrowe, zakłady chemiczne do przetwarzania paliwa i początkowo nie podlegał ścisłemu nadzorowi regulacyjnemu. Wczesne radzieckie instrukcje stawiały wydajność produkcji ponad bezpieczeństwo. To zapoczątkowało katastrofy ekologiczne: improwizowano systemy bezpieczeństwa, a skróty stały się powszechne.
Pod rządami Stalina, w Majaku zintensyfikowano przetwarzanie bez pełnego bezpieczeństwa. Wypalone paliwo było chemicznie „gotowane” w celu wydobycia plutonu. Produkty odpadowe (wysoce radioaktywna ciecz znana jako „odpady zbiornikowe i filtracyjne”) gromadziły się szybko. Inżynierowie mieli niewielkie doświadczenie w pracy z takimi odpadami, dlatego stosowano proste metody ich składowania i utylizacji. Na przykład jeziora służyły jako zbiorniki chłodzące i osadowe, a nie zbiorniki inżynieryjne. Wczesna literatura radziecka rozważała nawet budowę pływających wysp lodowych do składowania odpadów na morzu. W praktyce większość odpadów była składowana na miejscu: jeziora i rzeki wokół Majaku, mimowolnie, stawały się odbiorcami gorącej radioaktywności.
Początkowo nowe reaktory w Mayaku wykorzystywały chłodzenie w obiegu otwartym: pobierały wodę z jeziora Kyzyłtasz i rzeki Techa, a następnie odprowadzały do nich podgrzaną, zanieczyszczoną wodę. Zarówno jezioro Kyzyłtasz (niewielkie jezioro wysokogórskie), jak i rzeka Techa szybko stały się niebezpiecznie radioaktywne z powodu tej praktyki. W 1951 roku uznano to za nie do utrzymania. Jezioro Karaczaj znajdowało się w pobliżu, prawie niewykorzystane jako źródło wody i pozbawione ujścia – więc było „dogodne” do niekontrolowanego składowania odpadów. Od października 1951 roku Mayak po prostu pompował do Karaczaju nieoczyszczone ciekłe odpady wysokoaktywne. Jego dno szybko wchłaniało odpady; woda z jeziora parowała lub była odprowadzana do chłodzenia, co powodowało koncentrację radioaktywności na dnie jeziora.
Reaktory i zakład przeróbki Majaków nigdy nie wdrożyły chłodzenia w obiegu zamkniętym ani skutecznego oczyszczania ścieków w tych pierwszych dekadach. Historyczne zapisy odnotowują, że wszystkie sześć reaktorów odprowadzało wodę chłodzącą – zanieczyszczoną radionuklidami – bezpośrednio z powrotem do Kyzyłtasz i Techy bez filtracji. Dopiero gdy zbiorniki te były silnie skażone, zarządcy „zakręcali kurek” i odprowadzali odpady do Karaczaju. Innymi słowy, projekt obiegu otwartego nieumyślnie zanieczyścił kilka zlewni. Pod koniec lat 50. jezioro Karaczaj otrzymywało nawet bardzo gorące filtraty i osady z przetwarzania paliwa w Majakach, których nie można było bezpiecznie przechowywać w zbiornikach. Jak ujęto w jednym z retrospektywnych podsumowań: po napełnieniu zbiorników Techa i Kyzyłtasz „praktyka ta została przerwana, a odpady zrzucano do jeziora Karaczaj, które wkrótce stało się „najbardziej skażonym miejscem na Ziemi”. W ten sposób wyścig zbrojeń z czasów zimnej wojny bezpośrednio przyczynił się do śmiercionośnego dziedzictwa Karaczaju.
Cez-137 (okres półtrwania ≈30 lat) był największym źródłem radioaktywności jeziora Karaczaj. Cs-137 pozostaje rozpuszczony w wodzie i wiąże się z glinami, gromadząc się w osadach dennych. Według niektórych szacunków, jezioro Karaczaj zawierało około 3,6×10^18 Bq (3,6 EBq) Cs-137. Izotop ten emituje przenikliwe promieniowanie gamma, co czyni go śmiertelnym w przypadku spożycia lub obecności w wysokim stężeniu. Z upływem dekad rozpad Cs-137 (okres półtrwania 30 lat) zmniejszył jego moc, ale nadal stanowi on długoterminowe zagrożenie; nawet teraz osady pozostają silnie radioaktywne. W praktyce, każde zaburzenie dna jeziora mogłoby ponownie uruchomić te zasoby cezu.
Stront-90 (okres półtrwania ≈28,8 roku) był drugim głównym izotopem w odpadach z Karaczaju. Sr-90 ma tendencję do wiązania się z tkanką kostną, zwiększając ryzyko zachorowania na raka, szczególnie u dzieci. Całkowity zapas Sr-90 w jeziorze wynosił około 7,4×10^17 Bq (0,74 EBq). Izotop ten był produkowany w dużych ilościach przez reaktory Majak i przedostał się do jeziora zarówno w ściekach płynnych, jak i w odpadach pyłowych. Chociaż Sr-90 emituje mniej promieniowania przenikliwego niż Cs-137, jego wchłanianie biochemiczne czyni go szczególnie podstępnym: społeczności narażone na opad radioaktywny z Karaczaju później wykazywały zwiększoną częstość występowania raka kości i białaczki związaną z przyjmowaniem Sr-90.
Te oszałamiające ilości – łącznie 4,44 EBq – pochodziły z ponad 15 lat składowania odpadów. Od 1951 do 1968 roku Mayak zrzucił do Karaczaju ogromną ilość odpadów płynnych. Znaczna ich część stanowiła zagęszczone pozostałości po produkcji plutonu. W przybliżeniu, w latach 50. XX wieku przez zbiorniki Mayaka przeszło 2,5×10^8 kiurów (~9,25 EBq) odpadów wysokoaktywnych; szacuje się, że około połowa z nich trafiła do osadów Karaczaju. (Pozostała część była magazynowana w zbiornikach lub wyciekała gdzie indziej). Inżynierowie wdrożyli pewne rozwiązania w latach 70. XX wieku (wstrzykiwanie betonu w dno, patrz Remediacja), ale większość radioaktywności już osiadła. W sprawozdaniu z 1990 r. NRDC odnotowało 120 milionów kiurów w Karaczaju i obliczyło, że zawartość cezu i serwatki sprawia, że jest to „zdecydowanie najbardziej skażone radioaktywnie złoże” na Ziemi.
To put Karachay’s inventory in perspective: the 1986 Chernobyl reactor fire released about 5–12 EBq of all radionuclides (mostly short-lived) into the atmosphere, but only ~0.085 EBq of Cs-137 on the ground. Lake Karachay’s 4.44 EBq (mostly Cs/Sr) was of similar order to Chernobyl’s total release, but confined to <1 km². In effect, Karachay was far more stężony: biliony Bq na metr kwadratowy tuż przy Majaku, w porównaniu z rozległym rozproszeniem promieniowania w Czarnobylu na obszarze setek tysięcy km². W praktyce oznaczało to, że lokalne dawki promieniowania u wybrzeży Karaczaju znacznie przekraczały wszystko, co wytworzył Czarnobyl. Według jednego z obliczeń, składowisko odpadów w Karaczaju było około 2,5 razy większe niż najgorszy scenariusz radioaktywności w Czarnobylu. (Jednak wpływ Czarnobyla był globalny, podczas gdy szkody wyrządzone przez Karaczaj były silnie regionalne).
29 września 1957 roku w Majaku doszło do katastrofalnego wypadku (później nazwanego katastrofą kysztymską), który znacznie pogłębił kryzys karaczajski. Podziemny zbiornik magazynowy z wysokoaktywnymi odpadami płynnymi uległ awarii. wybuch termochemicznyŚledczy ustalili, że system chłodzenia zbiornika uległ awarii i nie został naprawiony. Odpady wewnątrz (około 70–80 ton) rozgrzały się do około 350°C. Woda odparowała, pozostawiając krystaliczną zawiesinę azotynów i octanów. Tego wrześniowego dnia mieszanina eksplodowała z siłą około 100 ton trotylu. 160-tonowa betonowa pokrywa została oderwana, a pobliskie budynki zostały uszkodzone. Cudem żaden z pracowników zakładu w hali zbiornika nie zginął (zostali ewakuowani kilka minut wcześniej po awarii alarmu).
Eksplozja w 1957 roku spowodowała powstanie ogromnej radioaktywnej chmury nad południowym Uralem. Uwolniła ona do środowiska około 800 petabekereli (20 milionów kiurów) izotopów promieniotwórczych. Większość tej aktywności (około 90%) szybko opadła w pobliżu elektrowni, silnie zanieczyszczając sąsiednie dorzecze rzeki Techa. Jednak pióropusz zawierający 2 MCi (80 PBq) rozprzestrzenił się z wiatrem na setki kilometrów. W ciągu jednego dnia chmura rozprzestrzeniła się na 300–350 km na północny wschód. Skaziło to rozległy „Ślad Radioaktywny Wschodniego Uralu” (EURT). Najgorsza strefa – zdefiniowana przez depozycję strontu ≥2 Ci/km² – obejmowała około 1000 km²; nawet mniej rygorystyczna granica (0,1 Ci/km²) obejmowała 23 000 km² i ~270 000 osób.
EURT stał się niebezpieczną strefą wykluczenia. Wstępne raporty radzieckie były surowo cenzurowane, ale odtajnione dane wskazują, że dziesiątki wiosek leżały na drodze opadu radioaktywnego. Władze potajemnie ewakuowały około 10 000 osób w pierwszych tygodniach, a ostatecznie ucierpiało około 217 000 mieszkańców. Teren wykazuje trwałe szkody: obumieranie drzew, zmutowana roślinność i gleby przesiąknięte cezem-137/sr-90. W lasach sosnowych po stronie zawietrznej w ciągu roku wystąpiło „żółknięcie igieł” i wady wzrostu. (Co istotne, ponieważ wypadek był ukryty, miejscowi często wykorzystywali skażoną ziemię pod wypas i uprawy długo po wybuchu). Jezioro Karaczajskie, zaledwie 20 km od miejsca wybuchu zbiornika, również zostało dotknięte opadem radioaktywnym; gdy zmienił się kierunek wiatru, otrzymało produkty rozszczepienia, które dodatkowo zwiększyły jego radioaktywność. Podsumowując, uwolnienie 800 PBq z Kyshtym przyćmiło własne zapasy Karaczajów i zapoczątkowało szersze dziedzictwo środowiskowe na Uralu.
EURT stał się niebezpieczną strefą wykluczenia. Wstępne raporty radzieckie były surowo cenzurowane, ale odtajnione dane wskazują, że dziesiątki wiosek leżały na drodze opadu radioaktywnego. Władze potajemnie ewakuowały około 10 000 osób w pierwszych tygodniach, a ostatecznie ucierpiało około 217 000 mieszkańców. Teren wykazuje trwałe szkody: obumieranie drzew, zmutowana roślinność i gleby przesiąknięte cezem-137/sr-90. W lasach sosnowych po stronie zawietrznej w ciągu roku wystąpiło „żółknięcie igieł” i wady wzrostu. (Co istotne, ponieważ wypadek był ukryty, miejscowi często wykorzystywali skażoną ziemię pod wypas i uprawy długo po wybuchu). Jezioro Karaczajskie, zaledwie 20 km od miejsca wybuchu zbiornika, również zostało dotknięte opadem radioaktywnym; gdy zmienił się kierunek wiatru, otrzymało produkty rozszczepienia, które dodatkowo zwiększyły jego radioaktywność. Podsumowując, uwolnienie 800 PBq z Kyshtym przyćmiło własne zapasy Karaczajów i zapoczątkowało szersze dziedzictwo środowiskowe na Uralu.
W połowie lat 60. XX wieku sam Karaczaj zaczął się kurczyć. Połączenie celowego osuszania i wieloletniej suszy stopniowo odsłoniło dno jeziora. Lokalne relacje (i dane satelitarne) wskazują, że poziom wody w jeziorze drastycznie obniżył się do 1967 roku. Już w 1963 roku większość wody z jeziora została wypompowana w celu chłodzenia elektrowni Majak, a do 1967 roku silne wiatry unosiły pył z wysuszonych osadów. W istocie, wysychanie zamieniło Karaczaj w ogromne źródło pyłu.
Wiosną 1968 roku nad gołym dnem jeziora przetoczyła się gwałtowna wichura. Ówczesne źródła radzieckie milczą na ten temat, ale późniejsze analizy sugerują, że w ciągu jednego dnia w powietrze uniosło się około 185 petabekereli radioaktywnego pyłu. W tym ogromne ilości cezu 137 i spirolu 90 przylegającego do cząstek gleby. Chmura opadowa przemieszczała się z wiatrem na odległość dziesiątek, a nawet setek kilometrów, tymczasowo podnosząc poziom promieniowania w okolicy. Pył zanieczyścił duże połacie łąk i pól uprawnych, które nie zostały dotknięte katastrofą Kysztym. Ponieważ izotopy osiadły już w osadach, zdarzenie to nie miało miejsca. w dodatku wpływu jeziora Karaczaj na środowisko bez zwiększania całkowitej ilości odpadów – po prostu rozproszyła je na nowo.
Choć dokładne liczby pozostają niepewne, radzieckie zapisy wskazują, że setki tysięcy ludzi było narażonych na działanie tego pyłu. Współczesny raport podaje, że około 500 000 mieszkańców obwodu czelabińskiego zostało narażonych na mierzalne skażenie opadem radioaktywnym. Wielu mieszkało w wioskach korzystających z pastwisk oddalonych zaledwie o kilka kilometrów od jeziora. Wypas zwierząt gospodarskich na skażonej paszy wprowadził radionuklidy do łańcucha pokarmowego. Dowody anegdotyczne (zebrane znacznie później) i badania uzupełniające potwierdziły, że w 1968 roku dziesiątki wiosek otrzymały dawki rzędu dziesiątek do setek milisiwertów – wystarczające, aby zwiększyć ryzyko zachorowania na raka dekady później. Co ważne, mieszkańcy w tamtym czasie nie zostali poinformowani o zagrożeniu i kontynuowali normalne życie. Dopiero w latach 90. niezależni naukowcy byli w stanie oszacować skalę zdarzenia. Podsumowując, katastrofa pod koniec lat 60. XX wieku zwielokrotniła szkody wyrządzone przez Jezioro Karaczajskie, napromieniowując znaczną część ludności wiejskiej, a liczba ta nadal jest trudna do precyzyjnego oszacowania.
W kolejnych latach badacze medyczni śledzili stan zdrowia narażonych populacji. Na przykład, radzieckie badanie „Techa River Cohort” (28 000 mieszkańców wsi poniżej Majak) wykazało statystycznie istotny wzrost zachorowań na nowotwory lite i niektóre białaczki u osób narażonych w porównaniu z grupą kontrolną nienarażoną. Podobnie, historyczne badania pracowników przeprowadzone przez Aleksandra Szlaktera (cytowane przez NRDC) wykazały, że pracownicy elektrowni w Majaku, którzy otrzymali ponad 100 remów (>1 Sv), mieli śmiertelność z powodu raka wynoszącą 8,1%, w porównaniu z 4,3% wśród pracowników o niższym narażeniu. W okolicznych regionach wiele osób rozwinęło przewlekłą chorobę popromienną (radzieckie rozpoznanie uszkodzenia wielu narządów w wyniku przewlekłej ekspozycji), zaburzenia tarczycy (z powodu jodu 1‑131 w mleku) i inne choroby związane z promieniowaniem. Doświadczona lekarka, dr Mira M. Kosenko, leczyła tysiące „ofiar promieniowania” z Oziorska, przypisując wysoki wskaźnik białaczki i wad wrodzonych uwolnieniom z Majaku. Chociaż nie każdy efekt można bezpośrednio powiązać z Karaczajem, był on istotnym źródłem w szerszym scenariuszu skażenia. Ogólnie rzecz biorąc, badania kohortowe potwierdzają, że narażenie w latach 50. i 60. XX wieku zwiększało ryzyko zachorowania na raka w ciągu całego życia: w jednym z brytyjskich raportów odnotowano, że badania pracowników i mieszkańców wsi z plemienia Majaków obejmują „największą liczbę osób i najwyższe przewlekłe narażenie spośród wszystkich znanych populacji na Ziemi”.
Promieniowanie wpływa na organizm poprzez jonizację atomów i rozbijanie wiązań chemicznych, szczególnie w DNA. Siwert (Sv) jest jednostką równoważnika dawki mierzącą efekt biologiczny (1 Sv to bardzo duża dawka – wystarczająca, aby wywołać ciężką chorobę popromienną). Starsza jednostka rentgen (R) mierzy jonizację powietrza (≈0,0093 Gy w tkance). W przypadku promieni gamma/rentgenowskich 1 R deponuje około 0,009 Gy (9 miligrejów) w tkance, co stanowi w przybliżeniu 0,009 Sv (ponieważ w przypadku promieni rentgenowskich γ, 1 Gy ≈1 Sv). Zatem 600 R/h odpowiada około 600×0,009 = 5,4 Sv/h w tkance. W takim tempie śmiertelna dawka dla całego ciała (~6–7 Sv) kumuluje się w nieco ponad godzinę. W praktyce nawet 4 Sv otrzymane w ostrej dawce zabiją około połowę narażonych osób bez opieki medycznej. Osady jeziora Karaczaj wytworzyły pole promieniowania o gęstości 600 R/h. W praktyce, stanie na brzegu przez godzinę oznaczałoby śmiertelną dawkę promieniowania dla każdego bezbronnego.
Słynna wartość „600 R/h” pochodzi z raportu NRDC z 1960 roku, cytowanego w literaturze WISE. Zmierzyli oni promieniowanie u wylotu z jeziora (przed remediacją). 600 R/h odpowiada około 6 siwertom na godzinę. Przy takim poziomie promieniowania w ciągu 10 minut można by zgromadzić 1 Sv – wystarczająco dużo, aby wywołać ostre nudności i chorobę popromienną. W ciągu godziny skumulowałoby się około 6 Sv: zazwyczaj śmiertelne, chyba że dana osoba otrzyma natychmiastową intensywną opiekę (która nie była dostępna w tajnej strefie Majak). (Dla porównania, typowe prześwietlenie klatki piersiowej wynosi około 0,0001 Sv). Ta moc dawki nie była jednolita: w niektórych gorących punktach prawdopodobnie przekraczała 600 R/h. Historyczne relacje wspominają nawet o 700 R/h na niektórych gorących ławicach piasku.
Na poziomie komórkowym, wysokie dawki promieniowania (powyżej kilku siwertów) powodują natychmiastową niewydolność narządów. Niszczą one komórki krwi i uszkadzają wyściółkę jelit, prowadząc do krwawienia wewnętrznego i infekcji. Jeszcze przed śmiercią ofiara ekspozycji na poziomie ~6–10 Sv w ciągu kilku dni cierpiałaby na wymioty, wypadanie włosów i objawy neurologiczne. Niższe dawki (1–4 Sv) wywołują chorobę popromienną i znacznie zwiększają ryzyko zachorowania na raka w ciągu całego życia. Przewlekła ekspozycja na umiarkowane dawki (jak w pobliskich wioskach) może powodować zaćmę, niepłodność, problemy z tarczycą i nowotwory po latach. U zwierząt dawki powyżej ~100 Gy/kilogram w ciągu kilku minut zabijają komórki natychmiast; u ludzi 100 Gy (~10 000 R) w organizmie osiąga poziom 16 minut w tempie Karaczaja. Zatem radioaktywność dna jeziora dosłownie uśmiercała każdą nieosłoniętą istotę.
Gdyby ktoś w latach 60. XX wieku wszedł do strefy wykluczenia w Karaczaju bez zabezpieczenia, wystąpiłby u niego ostry zespół popromienny (ARS). Przy dawkach powyżej ~3 Sv wczesne objawy (nudności, wymioty) pojawiają się w ciągu kilku minut lub godzin. Przy dawkach 6 Sv najprawdopodobniej zmarłby w ciągu kilku tygodni. 600 R/h (~6 Sv/h) powodowałoby pełnoobjawowy zespół popromienny pod koniec pierwszej godziny: zniszczenie szpiku kostnego, wypadanie włosów, załamanie odporności. (Według niektórych źródeł, dzikie psy i ptaki w pobliżu jeziora faktycznie umierały na chorobę popromienną podczas suchych lat). Natomiast kilka minut nad jeziorem mogło spowodować jedynie podostrą chorobę. To śmiertelne zagrożenie było jednym z powodów, dla których pracownicy Majaków zawsze używali maszyn zdalnie sterowanych, gdy jezioro było suche – i dlaczego strażnicy trzymali ludzi z daleka. Podsumowując, dawki promieniowania zgłaszane w Karaczaju były bezprecedensowe i łatwo wyjaśniały twierdzenie o „śmierci w ciągu godziny”.
Los Karaczaju nie rozpoczął się w izolacji. W latach 1949–1956 Majak nieprzerwanie odprowadzał odpady wysokoaktywne bezpośrednio do rzeki Techy. Według jednego z raportów w tym okresie do Techy przedostało się około 96 milionów m³ radioaktywnej cieczy (około 115 PBq radionuklidów). Przepływ Techy niósł stront-90 i cez-137 w dół rzeki, do łańcucha zbiorników chłodniczych i wiosek. Władze radzieckie nie odgrodziły od razu rzeki: mieszkańcy wsi pili, myli się i łowili ryby w rzece. Dopiero później wzniesiono ogrodzenia wzdłuż znacznej części Techy. Ostatecznie zrzut Techy został zatrzymany w 1956 roku (częściowo dlatego, że Karaczaj odprowadzał odpady), ale wówczas duży „łańcuch zbiorników” (zbiorniki R-3 do R-11) i jezioro Kyzyłtasz były już skażone.
Nad rzeką Techa leżało ponad 30 wiosek. Setki kilometrów gospodarstw rolnych i pastwisk zostały skażonych opadem radioaktywnym. W latach 50. XX wieku mieszkańcy położonych poniżej rzeki Majak pili wodę i mleko silnie zanieczyszczone radionuklidami. Późniejsze badania wykazały, że pola uprawne były nawadniane wodą z rzeki Techa. Według ostrożnych szacunków, dziesiątki tysięcy mieszkańców wsi otrzymało dawki promieniowania przekraczające dziesiątki milisiwertów w ciągu całego życia (niektórzy prawdopodobnie >100 mSv). Kobiety w ciąży i dzieci były szczególnie narażone na działanie strontu-90 w mleku i cezu-137 w diecie. (Na przykład, mleko z rzeki Techa osiągało 15–50 Bq/l jodu-131 i cezu-137 na początku lat 50., co dawało niemowlętom dawki rzędu kilku gramów). Oficjalnie, dane ze spisów ludności radzieckiej wskazują na gwałtowny wzrost śmiertelności niemowląt i wad rozwojowych płodów we wsiach nad rzeką Techa pod koniec lat 50. XX wieku, co jest zgodne z wysokim narażeniem na promieniowanie. Pełna liczba ofiar jest wciąż analizowana, jednak jest jasne, że skażenie Karaczaju było częścią większego oddziaływania regionalnego, skoncentrowanego wokół dorzecza Techa.
Badania kohorty rzeki Techa, rozpoczęte w latach 50. XX wieku i prowadzone do dziś, dostarczają nam wielu informacji. Projekt ten śledzi losy około 28 000 mieszkańców wsi, w wieku od 18 do 19 lat, narażonych na działanie substancji. Najnowsze publikacje donoszą statystycznie istotne Nadmierna zapadalność na nowotwory lite (zwłaszcza piersi, wątroby i płuc) oraz niektóre białaczki w populacji narażonej na działanie Techy w porównaniu z kohortami nienarażonymi. Na przykład, jedna z analiz wykazała, że każdy dodatkowy gram skumulowanej dawki mniej więcej podwajał ryzyko białaczki. Kolejne odkrycie: pracownicy służb porządkowych (dusze zwane „likwidatorami”) w latach 50. XX wieku, którzy zmywali skażone obszary miejskie (w tym ulice Oziorska), w późniejszym okresie doświadczali znacznie wyższej zachorowalności. Krótko mówiąc, badania kohortowe w tym regionie łączą zrzuty z Majak (do Techy i Karaczaju) z długoterminowymi szkodami dla zdrowia. Wyniki te są publikowane w recenzowanych czasopismach i stanowią podstawę oceny zdrowia publicznego.
Z perspektywy czasu tragedia Karaczaju wynikała częściowo z niepowodzeń Techy. Fiasco Techy powinno było wywołać pilne kontrole (zamknięcie wiosek, wstrzymanie zrzutów), ale w Majaku schemat był następujący: ograniczyć opad radioaktywny „w środowisku” i kontynuować. Rzeczywiście, kiedy Techa stała się purpurowa i śmiercionośna, Majak po prostu „przestał korzystać z rzeki” i zamiast tego wywiózł odpady do Karaczaju. Odzwierciedla to mentalność epoki: brak alternatywy i brak zewnętrznej kontroli. Międzynarodowi obserwatorzy później określili to mianem „magazynowania ubóstwa” – eksportowania ryzyka do bezsilnych mieszkańców wsi. Ostatecznie historia pokazuje, że wczesna sowiecka polityka dotycząca odpadów ignorowała podstawowe środki powstrzymywania. Jezioro Karaczaj stało się nowym zbiornikiem tylko dlatego, że wszystkie inne opcje katastrofalnie zawiodły.
Pouczające jest porównanie Karaczaju z katastrofą w Czarnobylu w 1986 r.
Zagrożenie dla Karaczaju tkwiło w koncentracji. Jego radioaktywność była gęsto skupiona w jednym miejscu. Szkody wyrządzone przez Czarnobyl wynikały z rozproszenia: rozprzestrzenienia umiarkowanej radioaktywności na rozległym obszarze. W efekcie jezioro Karaczaj było „gorącym punktem” w pięciu wymiarach: ekstremalnie wysoka dawka lokalna, duże zróżnicowanie izotopowe, głębokie złoża osadów oraz chroniczne wycieki do powietrza/wód gruntowych. Czarnobyl był jednorazowym wstrząsem, który z czasem ulegał rozproszeniu. Dla pracowników na miejscu zdarzenia, strażak z Czarnobyla zanotował zaledwie kilka siwertów na godzinę (2–3 R/min = 120–180 R/h na dachu reaktora). W Karaczaju w 1967 roku, godzina ciągłej aktywności przy 600 R/h mogła być śmiertelna.
Obie katastrofy odcisnęły swoje piętno na środowisku. Czarnobyl sprawił, że tysiące km² wokół elektrowni stało się niebezpieczne; Karaczaj został silnie skażony na obszarze co najwyżej kilkudziesięciu km² (plus zlewnia Techy). Jednak dziedzictwo Karaczaju obejmuje zakopane odpady, które wciąż zalegają: chociaż jezioro jest wypełnione, jego warstwa osadów przypomina miliony szklanych bali odpadów. Zanieczyszczenie gleby i wód gruntowych wokół Karaczaju nadal stanowi problem. Okres półtrwania resztkowego skażenia gleby po Czarnobylu wynosi od dziesięcioleci (Cs-137) do stuleci (Sr-90, Pu). W praktyce żadne z tych miejsc nie będzie „czyste” przez stulecia – ale zagrożenie ze strony Karaczaju jest bardziej lokalne i ograniczane głównie poprzez powstrzymywanie skażenia, podczas gdy rozprzestrzenianie się Czarnobyla wymagało międzynarodowego monitoringu (za pośrednictwem Międzynarodowej Agencji Energii Atomowej) i traktatów transgranicznych.
Czarnobyl natychmiast stał się światową nowiną: promieniowanie ukryło Europę i zaniepokoiło opinię publiczną. Karaczaj, z kolei, był ukryty w sowieckim programie zbrojeniowym. Wiadomości o „śmiercionośnym jeziorze” nie dotarły do świata aż do lat 90. Zachodni eksperci nazwali później Karaczaj „zapomnianym Czarnobylem” lub „młodszą siostrą Kysztyma”. Radzieckie tabu dotyczące wszelkich doniesień sprawiło, że w latach 60. i 80. XX wieku nie pojawiła się żadna międzynarodowa pomoc ani naciski. Nawet dziś Karaczaj jest mało znany poza kręgami specjalistów. Podsumowując, w kategoriach czysto fizycznych skoncentrowana dawka promieniowania w Karaczaju była większa niż w Czarnobylu, ale politycznie i geograficznie była to lokalna, tajna katastrofa.
Pod koniec lat 70. XX wieku władze radzieckie rozpoczęły prace inżynieryjne. W latach 1978–1986 znaczną część jeziora Karaczaj zasypano pustymi betonowymi blokami i żwirem. W praktyce robotnicy wrzucili do jeziora około 10 000 prostokątnych bloków (każdy o wadze kilkuset kilogramów), aby zmniejszyć jego objętość i unieruchomić osady. W tym etapie stworzono wzmocnioną podstawę o głębokości około 2 metrów, umożliwiającą dalsze prace. Założeniem było, aby zanurzone bloki spowolniły erozję i zapewniły masę, która utrzymałaby skażoną glinę pod wodą. Następnie wypompowano pozostałą wodę, pozostawiając na blokach mulisty basen. Badania radiacyjne przeprowadzone w latach 80. XX wieku potwierdziły, że pole dawki promieniowania jest nadal wysokie, ale bloki stanowiły pierwszy poważny krok w kierunku zabezpieczenia.
Po częściowym napełnieniu jeziora inżynierowie zaczęli zmniejszać jego poziomą powierzchnię. Zbudowali tymczasowe tamy i osuszyli płytsze obszary. Do lat 90. XX wieku powierzchnia wód skurczyła się niemal do zera. W efekcie w centralnym zbiorniku pozostało około 85 000 m³ mokrego, zanieczyszczonego osadu (stan na koniec lat 90.). W tym czasie robotnicy usypali również dziesiątki centymetrów piasku i gliny w najgęstszych punktach. Warstwy te zmniejszyły bezpośrednie promieniowanie i erozję. W niektórych miejscach wykopano rowy, aby zatrzymać spływ wody. Do 2000 roku dawne jezioro było zasadniczo płaskim, mulistym złożem odpadów, które należało trwale uszczelnić.
Ostatni etap został przeprowadzony w ramach nowoczesnego programu federalnego (2008–2015) mającego na celu eliminację „źródeł radonu” w Majaku. Do 2015 roku plan zakładał całkowite zasypanie zbiornika i jego zamknięcie. Raporty Rosatomu wskazują, że w miesiącach poprzedzających zamknięcie wstrzyknięto 650 m³ specjalnego betonu na dno jeziora przez 38 odwiertów. Następnie ciężki sprzęt zrzucił grube warstwy skał i betonu na dno. Według Instytutu Bezpieczeństwa Jądrowego (IBRAE), pod koniec 2015 roku całe dawne dno jeziora zostało pokryte wzmocnioną warstwą kamienia i betonu. 2 listopada 2015 roku Rosja ogłosiła, że Karaczaj został „zamknięty” – co oznacza, że odpady są teraz fizycznie odizolowane od atmosfery. W efekcie zanieczyszczony muł został pogrzebany pod kilkoma metrami obojętnego wypełnienia.
Chociaż zbiornik został wypełniony w 2015 roku, planiści dodali ostateczną pokrywę w 2016 roku. Do grudnia 2016 roku ukończono ochronną warstwę gleby wierzchniej i pokrywę skalną. Według Rosatomu, 10-miesięczny monitoring po uszczelnieniu (grudzień 2015 – wrzesień 2016) wykazał „wyraźną redukcję osadów radioaktywnych” na powierzchni. Ekipy umieściły wielowarstwową izolację: najpierw arkusz gliny bentonitowej (aby zablokować wodę), następnie duże kamienie narzutowe, następnie metr zagęszczonego piasku/gliny, a na końcu żwir/glebę. Utworzyło to kopiec „suchego składowiska”: stare jezioro jest teraz dużym, ogrodzonym składowiskiem odpadów promieniotwórczych. Rosatom i organy regulacyjne stwierdziły, że nie występują żadne widoczne emisje. Jednak niektórzy krytycy (patrz poniżej) obawiają się, że podziemne przepływy wody mogą ostatecznie zmobilizować zanieczyszczenia, jeśli nie będą stale pompowane lub gromadzone.
Do 2017 roku jezioro Karaczaj nie miało już wody – jego basen stał się przypowierzchniowym składowiskiem odpadów jądrowych. Wszelkie ślady po jeziorze zniknęły. Urzędnicy twierdzą, że teren został „trwale” ustabilizowany; lokalne znaki informacyjne nazywają go obecnie stałym suchym składowiskiem odpadów z Majak. Cały obszar pozostaje w strefie zamkniętej Majak, objętej ścisłą, wojskową ochroną. Mieszkańcy Oziorska mają zakaz wstępu, a cały dostęp jest kontrolowany przez Rosatom (za pośrednictwem administracji Majak).
Głównym problemem pozostają wody gruntowe. Przed zasypaniem, odpady z Karaczaju znajdowały się 8–20 metrów nad poziomem wód gruntowych. Pomimo masywnego zasypania, wody podziemne nadal płyną pod terenem w kierunku Techy i innych działów wodnych. Niektóre badania wskazują na obecność dziesiątek megabekereli radionuklidów (zwłaszcza Sr-90) na metr sześcienny w wodach gruntowych. Rosatom przyznaje się do ciągłych wycieków: informuje o monitorowaniu studni wokół dawnego jeziora i pompowaniu wody, aby zapobiec rozprzestrzenianiu się skażenia. Krótko mówiąc, chociaż jezioro jest „zamknięte”, radioaktywna woda powoli migruje. Szacuje się, że może upłynąć kilka dekad, zanim zanieczyszczenia osiągną dopuszczalne progi w dalszych warstwach wodonośnych.
Ze względu na utrzymujące się skażenie, wprowadzono długoterminowy program monitoringu. Rosatom, a także instytuty takie jak IBRAE (Moskwa) i organizacje hydrotechniczne, regularnie pobierają próbki wód gruntowych, wód powierzchniowych, gleby i powietrza na tym terenie. Według oświadczenia Rosatomu z 2016 roku, pierwsze 10 miesięcy monitoringu po uszczelnieniu „wykazało wyraźną redukcję radioaktywnych osadów na powierzchni”. Planowane jest kontynuowanie kontroli przez wiele lat. Ponadto, rosyjskie agencje zdrowia i współpraca międzynarodowa kontynuują monitoring epidemiologiczny lokalnej ludności (dzieci z Ozorskiego i pracowników kopalni Majak). Działania te mają na celu wczesne wykrycie wszelkich nawrotów skażenia lub problemów zdrowotnych.
NIE. Jeszcze przed zasypaniem brzegi Karaczaju były niedostępne. Jezioro znajdowało się w „sanitarnej strefie izolacji” wokół Majaku. Do Karaczaju mógł się zbliżać tylko specjalnie przeszkolony personel (z dozymetrami i sprzętem ochronnym), zazwyczaj tylko w celach konserwacyjnych. Obecnie obszar jest ogrodzony i strzeżony w ramach obwodu bezpieczeństwa nuklearnego Oziorska. Wstęp cywilów jest zabroniony na mocy prawa federalnego. Nie są dozwolone żadne wycieczki ani wizyty badawcze (poza oficjalnymi naukowcami). Krótko mówiąc, jezioro Karaczaj jest stałym strefa gorąca rosyjskiego kompleksu nuklearnego, a nie miejsca publicznego.
Największą badaną grupą narażoną jest kohorta pracowników Majak. Obejmuje ona około 25 757 pracowników (obojga płci) zatrudnionych w Majaku w latach 1948–1982. Pracownicy ci otrzymywali przewlekłe, często wysokie dawki promieniowania (w tym pluton wewnętrzny). Od dziesięcioleci są oni śledzeni przez wspólne rosyjsko-amerykańskie badania. Analizy potwierdzają statystycznie istotne skutki promieniowania: na przykład przełomowe badanie z 2013 roku wykazało silne powiązania między dawką plutonu a nowotworami płuc, wątroby i kości. Ogólnie rzecz biorąc, kohorta pracowników Majaku jest uważana za „największą liczbę osób i najwyższe przewlekłe narażenie na promieniowanie spośród wszystkich znanych populacji na Ziemi”. Około 5000 z tych pracowników zmarło od tego czasu, głównie z powodu nowotworów związanych z ich narażeniem. Badania pracowników pomagają określić ilościowo, jak wewnętrzne i zewnętrzne promieniowanie z operacji związanych z Karaczajami przekładało się na ryzyko chorób.
W pobliskim mieście Oziorsk, dawniej Czelabińsk-65, tysiące dzieci dorastało w atmosferze opadu radioaktywnego i rutynowych uwolnień. Jednym ze szczególnych zagrożeń był radiojod: mleko i warzywa liściaste w Oziorsku zostały skażone unoszącym się w powietrzu jodem 131 pochodzącym z emisji Majaków (zwłaszcza w latach 1949–1951). Lokalni badacze medyczni (np. fizyk AI Bezborodow) udokumentowali przypadki guzków tarczycy i niedoczynności tarczycy u dzieci w latach 50. i 70. XX wieku. Dane kohortowe z Oziorska (równoległe do Techy) wskazują na niewielki wzrost zachorowań na raka tarczycy w porównaniu z innymi regionami, co jest zgodne z niskimi dawkami jodu 131. Do 1990 roku te odkrycia, a także te pochodzące ze skażonych wiosek, skłoniły radzieckie władze sanitarne do zwrócenia na to uwagi. W istocie całe pokolenie dzieci pracowników Majaków jest uważane za narażoną kohortę, a ich stan zdrowia jest nadal monitorowany, szczególnie pod kątem wpływu na tarczycę i białaczkę.
Radzieccy lekarze ukuli termin Przewlekła Choroba Popromienna (CRS) dla określenia długotrwałej, wieloobjawowej choroby obserwowanej u wielu mieszkańców wsi Techa i robotników w okolicach kopalni Majak. CRS obejmuje objawy takie jak zmęczenie, anemia, labilność emocjonalna i zaćma. Dr MM Kosenko (założyciel rosyjskiej medycyny radiacyjnej w Czelabińsku) zgłosił tysiące przypadków CRS wśród osób, które przeżyły. Oficjalne radzieckie badania z lat 60. i 80. XX wieku wykazały, że CRS występowało powszechnie u osób, które otrzymały skumulowaną dawkę >0,5 Sv (szczególnie w latach 50. XX wieku) oraz u robotników z dawką >1 Sv. Współczesna reinterpretacja sugeruje, że wiele diagnoz CRS pokrywa się z tym, co dziś nazywalibyśmy zaburzeniami wywołanymi promieniowaniem. Chociaż ostry zespół popromienny (ARS) nigdy nie był szeroko opisywany (nie udokumentowano żadnych nagłych zgonów w Karaczajach), CRS odzwierciedla podstępną naturę przewlekłej ekspozycji na niskie dawki promieniowania. Poza Rosją kwestia ta jest przedmiotem debaty, ale w regionie stanowiła poważny problem zdrowia publicznego i stała się podstawą kampanii prowadzonych przez miejscowych lekarzy na rzecz wsparcia medycznego dla ocalałych.
Wiele badań kohortowych określiło liczbę zachorowań na raka. Kohorta rzeki Techa (28 000 osób) wykazuje znaczący wzrost zachorowań na nowotwory lite i białaczki inne niż przewlekła białaczka limfocytowa (NLL) skorelowany z dawką. Na przykład kobiety narażone w dzieciństwie wzdłuż rzeki Techa mają wyższy wskaźnik zachorowań na raka piersi i tarczycy. Wśród pracowników Mayak statystycznie istotny wzrost zachorowań na raka płuc, wątroby i kości był powiązany z dawką plutonu. W jednej z analiz ryzyko raka płuc wzrosło o ~3% na mGy promieniowania alfa. Podsumowując, wyniki te są zgodne z międzynarodowymi modelami ryzyka promieniowania: około kilku dodatkowych przypadków raka na 100 narażonych osób na siwert. Jednak przypisywanie poszczególnych przypadków pozostaje skomplikowane (nie ma pojedynczej „dowodowej ofiary”). Zamiast tego naukowcy mówią o kohortach i wzrostach ryzyka. Do tej pory nie opublikowano żadnych dowodów na choroby genetyczne związane z promieniowaniem u potomków (jedyne przebadane kohorty są małe). Koszt ludzki Karaczaju mierzy się zatem statystycznie – tysiące utraconych lat życia z powodu nowotworów i chorób przewlekłych – a nie pojedynczą nagłośnioną katastrofą.
Chmura kysztymska pozostawiła po sobie ślad radioaktywny wschodniego Uralu (EURT), szeroki pas skażenia na północny wschód od Majak. Według oficjalnych map Międzynarodowej Agencji Energii Atomowej (MAEA) około 1000 km² terenu było silnie skażone (Sr-90 ≥ 2 Ci/km²) i nadal wymaga wykluczenia. Jednak opad radioaktywny o niższej aktywności rozprzestrzenił skażenie na obszarze nawet 23 000 km². Obecnie niektóre części tego obszaru pozostają quasi-zamknięte. Zdjęcia satelitarne i badania terenowe pokazują, że wzorce opadu radioaktywnego z 1957 roku nadal utrzymują się w glebie i lasach. Wiele wiosek w regionie EURT nadal charakteryzuje się podwyższonym poziomem promieniowania tła i pewnymi ograniczeniami (na przykład dotyczącymi spożywania lokalnego mleka lub grzybów). EURT obejmuje części obwodów czelabińskiego i kurgańskiego, w tym miasta takie jak Muslumowo i Janiczkino, które nadal podlegają ścisłym regulacjom.
Karaczaj nie był jedynym akwenem, który ucierpiał. Rzeka Techa i kaskada jej zbiorników (zbiorniki 3, 4, 10, 11, 17) pozostają radioaktywne. (Na przykład zbiornik R-9 = jezioro Kyzyłtasz nadal ma poziom cezu 137 na poziomie ~10^5–10^6 Bq/m³, wielokrotnie przekraczając poziom tła). Niektóre mniejsze jeziora, będące częścią sieci chłodzącej Majak, również zostały zanieczyszczone. W dole rzeki Iset i jeziorze Tavatuj poziom skażenia ostatecznie przekroczył normę. Lokalna fauna (ryby, żaby) w tych wodach nosi ślady cezu 137 dziesiątki lat później. Podsumowując, spuścizna jest taka, że sieć rzek i jezior na południowym Uralu została zmieniona przez radziecki program nuklearny. Przepływy powierzchniowe podczas wydarzeń w Kysztymie i Karaczaju rozprzestrzeniły również zanieczyszczenie na okoliczne bagna i lasy.
Szkody ekologiczne były poważne w strefach najbardziej skażonych. Już w 1958 roku biolodzy zaobserwowali uszkodzenia wywołane promieniowaniem w lasach sosnowych: igły żółkły, wzrost był zahamowany, a obumieranie drzew gwałtownie wzrosło na obszarach o opadzie >500 Ci/km². Na samym byłym jeziorze nic większego niż owady nie mogło przetrwać w pobliżu osadów. (Badania przeprowadzone w latach 60. XX wieku odnotowały jedynie kilka gryzoni i owadów w pobliżu brzegu, wszystkie zanikłe i wysoce radioaktywne). W latach deszczowych ptaki wędrowne mogły lądować na mule, a następnie odlatywać, nieświadomie rozprzestrzeniając skażenie. Niektóre zwierzęta w strefach wykluczenia (jelenie, dziki) wykazują nadal podwyższony poziom cezu Cs-137, co czasami skutkuje zakazami polowań, gdy zapuszczą się zbyt daleko. Życie wodne załamało się: powyżej Karaczaju promieniowanie w wodzie było śmiertelne dla ryb (przez dziesięciolecia nie złowiono żadnych ryb). W dłuższej perspektywie modele przewidują powolny obieg radionuklidów w biocie (np. grzybów gromadzących cez-137 z gleby), co powoduje zaburzenia w ekosystemie. Jednak brak aktywności człowieka przez >60 lat oznacza, że w niektórych częściach EURT i Karaczaju nastąpił odrodzenie dzikiej przyrody (np. wilki i orły mogą być bardziej powszechne, jak w okolicach Czarnobyla). Mimo to badania potwierdzają mutacje genetyczne i zmniejszoną płodność w testach laboratoryjnych norników z EURT.
Gleba wokół Karaczaju i EURT jest intensywnie warstwowana radioaktywnością. Pomiary przeprowadzone w latach 70. XX wieku wykazały, że Cs-137 przenika na głębokość 1–3 metrów w glebę w pobliżu Kysztymu i części dna jeziora. Na niektórych polach, ponad 3,4 metra lessu i torfu miało stężenia zanieczyszczeń przekraczające lokalne wartości tła. Zasadniczo, ulewne deszcze i wiatr nigdy całkowicie nie wypłukały ani nie pogrzebały Cs i Sr. W samej kotlinie Karaczajskiej, po jej wypełnieniu, górny metr osadu jest nadal uważany za „gorący” (powyżej poziomu tła). Okoliczne pola uprawne, które zostały zapylone w 1968 roku, nadal wykazują nieznacznie podwyższone stężenie Cs-137 w górnej warstwie gleby o grubości 15–20 cm. Przez dziesięciolecia połowa radioaktywności ulega rozpadowi (30-letni okres półtrwania Cs-137), ale znaczna część pierwotnego skażenia pozostaje w glebie. Efektem końcowym jest to, że na tym terenie wprowadzono ograniczenia: w niektórych wioskach obowiązuje zakaz sprzedaży lokalnych grzybów lub dziczyzny, które akumulują radionuklidy.
Historia jeziora Karaczaj to w gruncie rzeczy historia inżynieryjnej porażki i tajności. W przypadku Majaku błędy obejmowały: złą konstrukcję składowania odpadów, minimalne rozcieńczenie w środowisku i brak kultury hermetyzacji. Na pierwszy plan wysuwa się kilka błędów technicznych: wybór chłodzenia w obiegu otwartym, jednościennych zbiorników ze stali nierdzewnej na odpady oraz pominięcie wtórnego zabezpieczenia. Z instytucjonalnego punktu widzenia brak zewnętrznego nadzoru pozwolił na zignorowanie rutynowych zasad bezpieczeństwa. W przypadku wypadków (jak w Kyshtym), tuszowanie ich oznaczało, że błędy nigdy nie zostały w pełni przeanalizowane ani nagłośnione. Nawet dekady później inżynierowie tacy jak Nikitin zauważają, że remediacja „nie jest łatwym zadaniem”, ponieważ istniało niewiele wcześniejszych badań nad tym, jak bezpiecznie uszczelnić tak zanieczyszczone miejsce. Krótko mówiąc, Karaczaj zaistniał, ponieważ cała filozofia utylizacji odpadów opierała się na zasadzie „rozcieńczania i rozpraszania”, czego surowo zabraniają współczesne normy bezpieczeństwa jądrowego.
Jedynym pozytywnym aspektem jest to, że tragedie takie jak Kysztym i Karaczaj, choć ukryte, później wpłynęły na kulturę bezpieczeństwa. Katastrofa w Kysztymie (podobnie jak w Czarnobylu) skłoniła Międzynarodową Agencję Energii Atomowej (MAEA) do opracowania wytycznych bezpieczeństwa dotyczących składowania odpadów i reagowania kryzysowego. Obecnie skala INES (Międzynarodowa Skala Zdarzeń Jądrowych) została częściowo zainspirowana sposobem klasyfikowania i raportowania takich incydentów. Zachodnie reaktory obecnie nie dopuszczają chłodzenia w obiegu otwartym i wymagają wielu zapasowych systemów chłodzenia. Zeszklenie odpadów wysokoaktywnych (przekształcanie ich w szklane bryły) jest obecnie standardem w wielu krajach, a metodę tę radzieccy inżynierowie musieli ostatecznie wdrożyć dekady później. Porozumienia o transgranicznej komunikacji i przejrzystości (np. konwencja MAEA o wczesnym powiadamianiu) pojawiły się zbyt późno w przypadku Karaczaju, ale zawdzięczają coś wypadkom z czasów zimnej wojny. W samej Rosji koncepcja stref chronionych i działań ochronnych w ramach odbudowy Kysztymu (choć opóźniona) stała się punktem odniesienia w planowaniu kryzysowym. Podsumowując, chociaż Karaczaj był ignorowany przez lata, jego doświadczenia podkreślają obecnie, dlaczego nowoczesne obiekty unikają takich skrótów.
Obecnie najlepszą praktyką jest unieruchamianie odpadów wysokoaktywnych za pomocą wielu barier. Na przykład, wypalone paliwo jest albo przechowywane na miejscu w głębokich basenach, albo zeszklone (mieszane ze szkłem borokrzemianowym) i składowane w stalowych beczkach przed ostatecznym składowaniem geologicznym. Międzynarodowe projekty, takie jak fińskie głębokie składowisko Onkalo, pokazują, jak odpady mogą być izolowane pod ziemią przez tysiąclecia. Idea składowania płynnych odpadów w środowisku jest obecnie nie do pomyślenia (i nielegalna) w każdym kraju posiadającym broń jądrową. Nawet w Rosji, następca Majak przekształca obecnie większość odpadów w formę stałą i przechowuje je w betonowych rowach podpowierzchniowych, a nie w jeziorach. Dziedzictwo Karaczajów (i jego trudne oczyszczanie) stało się motywacją do tych zmian. Niemniej jednak, niektóre problemy z tym związane wciąż istnieją: kilka rosyjskich reaktorów (i obiektów wojskowych) nadal korzysta z „tymczasowych zbiorników składowania”, które są pod lupą po Fukushimie. Globalny trend zmierza w kierunku głębokich, suchych składowisk – dokładnego przeciwieństwa tego, czym było Karaczaj.
Kluczowe wnioski na przyszłość są przestrogą. Eksperci ostrzegają, że obiekty jądrowe nie mogą powtarzać tej tajemnicy. Planiści kryzysowi nalegają teraz na przezroczystość: Lokalna ludność musi zostać ostrzeżona o wszelkich uwolnieniach, a obserwatorzy międzynarodowi muszą mieć możliwość sprawowania nadzoru. Z politycznego punktu widzenia Karaczaj pokazuje, dlaczego niezależni regulatorzy są niezbędni. Z technologicznego punktu widzenia podkreśla potrzebę pasywnego bezpieczeństwa (systemów, które nie zawiodą w katastrofalny sposób). W rzeczywistości, jak ostrzega dyrektor Bellony, Nils Bøhmer, nawet ostateczne zamknięcie Karaczaj może nie trwać wiecznie; przewiduje, że za 20–30 lat bariera bezpieczeństwa może wymagać wzmocnienia. Dlatego ważną lekcją jest pokora: nawet po dekadach samozadowolenie może być niebezpieczne. Wreszcie, Karaczaj stanowi przestrogę dla obecnych zarządców energetyki jądrowej na całym świecie: niezależnie od tego, jak obiecujący jest pomysł na składowanie odpadów (jak zatapianie odpadów w odległych wodach), każde rozwiązanie musi zostać uznane za bezpieczne dla pokoleń – i musi być monitorowane.
| Aspekt | Najważniejsze wnioski |
|---|---|
| Czym było jezioro Karaczaj | Jezioro będące składowiskiem odpadów nuklearnych z czasów zimnej wojny w Rosji, w którym zgromadziło się około 4,44 EBq radioaktywności, co sprawia, że jest powszechnie uważane za najbardziej zanieczyszczone miejsce na Ziemi. |
| Główne zdarzenia związane z zanieczyszczeniem | W 1957 roku wybuch zbiornika w Kyshtym uwolnił około 800 PBq na obszarze około 1000 km², pogłębiając skażenie. W 1968 roku susza rozprzestrzeniła około 185 PBq radioaktywnego pyłu z jeziora na pobliskie wioski. |
| Poziomy promieniowania i śmiertelność | Moc dawki osiągnęła szczyt na poziomie ~600 R/h (≈6 Sv/h), co oznacza, że około godzina ekspozycji może być śmiertelna. |
| Wpływ na zdrowie człowieka | Tysiące pracowników Majak i okolicznych mieszkańców zostało narażonych na promieniowanie. Długoterminowe badania kohortowe wykazują znaczny wzrost zachorowań na raka związany z dawkami promieniowania. |
| Porównanie do Czarnobyla | Całkowita radioaktywność w Karaczaju dorównuje tej z Czarnobyla, ale była skoncentrowana na znacznie mniejszym obszarze. W przeciwieństwie do Czarnobyla, pozostała ona tajna aż do lat 90. XX wieku. Obie katastrofy ukształtowały współczesne przepisy dotyczące odpadów jądrowych. |
| Remediacja i aktualny stan | W latach 1978–2016 jezioro było zasypane betonem i ziemią. Ze względu na ryzyko wycieku wód gruntowych, prowadzony jest stały monitoring, a eksperci debatują nad długoterminowym zabezpieczeniem zbiornika. |
P: Czym jest Jezioro Karaczajskie? A: Jezioro Karaczajskie było niewielkim zbiornikiem wodnym na południowym Uralu, w pobliżu kompleksu nuklearnego Majak w Czelabińsku w Rosji. W latach 1951–1968 służyło jako otwarte składowisko wysokoaktywnych odpadów radioaktywnych. Jego osady wchłonęły około 4,44 eksabekerela (EBq) radioaktywności, co czyni je jednym z najbardziej skażonych radioaktywnie miejsc na świecie. Dziś „jezioro” jest całkowicie wypełnione i uszczelnione; nie zawiera już wody, ale pozostaje ogrodzonym składowiskiem odpadów radioaktywnych.
P: Dlaczego jezioro Karaczaj nazywane jest najniebezpieczniejszym jeziorem na Ziemi? A: Ponieważ w szczytowym momencie Karaczaj był tak radioaktywny, że stanie na jego brzegu przez godzinę oznaczało śmiertelną dawkę promieniowania. Monitory na brzegu jeziora wskazywały kiedyś około 600 rentgenów na godzinę – około 6 Sv/godzinę – co wystarczyło, by zabić człowieka w ciągu godziny. Ta ekstremalna dawka promieniowania, w połączeniu z intensywną, długotrwałą radioaktywnością w mule, nadała jezioru ten przydomek.
P: Gdzie znajduje się jezioro Karaczajskie? A: Znajduje się w obwodzie czelabińskim, około 1200 km na wschód od Moskwy w Rosji. Dokładne współrzędne to około 55,67°N, 60,80°E w pobliżu zamkniętego miasta Oziorsk (Majak). Pierwotnie znajdowało się w pobliżu wsi Karabolka i Permiak. Obecnie znajduje się na terenie elektrowni Majak (dawniej Czelabińsk-40).
P: Jak radioaktywne było Jezioro Karaczajskie? O: Bardzo. Pod koniec lat 60. XX wieku w dnie jeziora zgromadziło się około 120 milionów kiurów mieszanych radionuklidów (4,44×10^18 Bq). Większość stanowiły cezy-137 i sr-90. Dla porównania, katastrofa w Czarnobylu w 1986 roku spowodowała uwolnienie około 85 PBq cezu-137; samo jezioro Karaczajskie zawierało około 3600 PBq cezu-137. Moc dawki promieniowania na powierzchni osiągnęła ~600 R/h.
P: Jak Jezioro Karaczajskie wypada w porównaniu z Czarnobylem? A: Jezioro Karaczajskie całkowity Zapasy (~4,44 EBq) były tego samego rzędu co w Czarnobylu (5–12 EBq), ale ich skażenie było znacznie bardziej skoncentrowane. Ładunek cezu-137 w Karaczaju był kilkadziesiąt razy wyższy niż osadzony cez w Czarnobylu. Z kolei awaria w Czarnobylu spowodowała rozproszenie umiarkowanej radioaktywności na znacznie większym obszarze. Karaczaj napromieniował lokalną ludność (~500 000 osób po stronie wiatru w 1968 r.), podczas gdy Czarnobyl zmusił do ewakuacji około 300 000 osób w pobliżu reaktora. Czarnobyl stał się globalnym wydarzeniem w 1986 r.; Karaczaj pozostał tajemnicą przez dziesięciolecia. Krótko mówiąc, Karaczaj miał wyższe dawki lokalne, ale znacznie mniejszy zasięg geograficzny.
P: Co wydarzyło się podczas katastrofy kysztymskiej w 1957 roku? A: 29 września 1957 roku zbiornik magazynowy w Majaku eksplodował z energią równą około 100 tonom trotylu. W wyniku wypadku do środowiska przedostało się około 800 PBq radioaktywności (głównie Cs-137 i Sr-90). Dziewięćdziesiąt procent tej substancji spadło w pobliżu, zanieczyszczając rzekę Techę i okoliczne tereny; reszta utworzyła pióropusz (East Urals Radioactive Trace, EURT), który rozprzestrzenił się na setki kilometrów. To zdarzenie dodatkowo skaziło Karaczaj (i Techę) i wpłynęło na około 270 000 mieszkańców regionu.
P: Ile osób zostało narażonych na promieniowanie z jeziora Karaczaj? A: Dokładne dane są niepewne, ale rzędu setek tysięcy. Sam wybuch pyłu pod koniec lat 60. XX wieku mógł narazić około 500 000 osób we wsiach wokół jeziora. Ponadto pracownicy Majak (dziesiątki tysięcy osób) otrzymywali wysokie dawki promieniowania chronicznego. Od tego czasu badania epidemiologiczne analizowały dwie główne grupy: około 28 000 mieszkańców wsi wzdłuż rzeki Techa (w dół rzeki Majak) i około 25 000 pracowników Majak. Obie kohorty wykazują podwyższony wskaźnik zachorowań na raka, co można przypisać tym narażeniom.
P: Czy dziś można bezpiecznie odwiedzić Jezioro Karaczajskie? O: Nie. Jest to obszar całkowicie niedostępny. Cały obszar jest strzeżoną strefą nuklearną. Dno jeziora (obecnie hałda odpadów) jest zabarykadowane, a wstęp wymaga specjalnego pozwolenia rządowego (nigdy nie udzielanego turystom ani dziennikarzom). Nawet poza ogrodzeniem poziom promieniowania w ostatnich dekadach w niektórych miejscach utrzymywał się powyżej normy. Wstęp jest wzbroniony; jedyną działalnością człowieka na tym terenie jest monitorowane oczyszczanie i badania pod uzbrojoną ochroną.
P: Co zrobiono, aby oczyścić jezioro Karaczaj? A: Wieloetapowa remediacja rozpoczęła się w 1978 roku. Obejmowała ona wypełnienie jeziora tysiącami pustych betonowych bloków i wypompowanie wody. W latach 2008–2015 w ramach programu federalnego wylano beton na dno jeziora i całkowicie zasypano zbiornik kamieniami, glebą i gruzem. Do końca 2016 roku miejsce to zostało przykryte warstwami gliny i betonu. Oficjalnie Rosatom informuje, że zakopane odpady zostały odizolowane, a pomiary promieniowania spadły po uszczelnieniu. Eksperci ostrzegają jednak, że przesiąkanie wód gruntowych może przenosić zanieczyszczenia i że przykrycie może wymagać wzmocnienia za kilkadziesiąt lat.
P: Jakie skutki zdrowotne zostały udokumentowane? A: Długoterminowe badania zdrowotne narażonych populacji (pracowników z regionu Majak i mieszkańców wsi Techa) wykazują zwiększoną zapadalność na nowotwory. Na przykład mieszkańcy rzeki Techa narażeni w latach 50. XX wieku mają statystycznie istotne nadwyżki zachorowań na guzy lite i białaczkę. Wśród pracowników z regionu Majak analizy wykazały wyraźną korelację między dawką plutonu a rakiem płuc, wątroby i kości. W regionie zdiagnozowano dziesiątki przypadków przewlekłej choroby popromiennej. Oficjalne rosyjskie raporty odnotowują również zaburzenia tarczycy u dzieci spowodowane wczesnym skażeniem mlekiem. Podsumowując, promieniowanie z Karaczaju i związane z nim emisje wydają się znacząco zwiększać zachorowalność na nowotwory w tych kohortach.
P: Jaki jest obecny stan jeziora Karaczaj? A: Obecnie jest to zamknięte i zasadniczo stanowi suche składowisko odpadów jądrowych. Woda jest zabezpieczona przed dostępem wody, a stare dno jeziora pokrywają grube warstwy betonu i skał. Rosatom nazywa to miejsce „przypowierzchniowym, stałym składowiskiem” dla radioaktywnych osadów Majak. Prowadzony jest stały monitoring. Chociaż poziom promieniowania na powierzchni jest znacznie obniżony, część radioaktywnych wód gruntowych nadal przepływa pod nim. Plan zakłada obserwację tego miejsca przez dziesięciolecia, aby upewnić się, że nie ma wycieków.
Data / Rok | Wydarzenie |
1945–1948 | Zbudowano latarnię morską – Budowa radzieckiego zakładu plutonowego na Uralu na potrzeby programu bombowego. Stworzenie systemu chłodzenia z otwartym obiegiem. |
1949–1956 | Zrzucanie ścieków do rzeki Techa – ~96 milionów m³ odpadów wysokoaktywnych zrzucono do Techy. Wsie położone niżej w dorzeczu zostały zanieczyszczone. |
Październik 1951 | Jezioro Karaczajskie wykorzystywane jako wysypisko śmieci – Majak zaczyna zrzucać gorące odpady nuklearne do Karaczaju (aby oszczędzić Techę). |
1957 (29 września) | Wybuch Kyshtym – Podziemny zbiornik na odpady w Mayak eksploduje, uwalniając na region około 800 PBq (20 MCi) substancji radioaktywnych. |
1963–1968 | Wysychanie jeziora/uwalnianie pyłu – Karaczaj został częściowo osuszony. Wiosną 1968 roku wiatr uniósł około 185 PBq radionuklidów z odsłoniętego dna jeziora. Około 500 000 osób w obwodzie czelabińskim zostało skażonych chmurą pyłu. |
1978–1986 | Pierwsza naprawa – Do jeziora Karaczaj wrzucono około 10 000 pustych betonowych bloków, aby unieruchomić osady. Woda została w dużej mierze usunięta. |
Lata 90. XX wieku | Badanie promieniowania – Badania środowiskowe potwierdzają bardzo wysoką radioaktywność w basenie; poziom ~600 R/h przy brzegu pozostaje śmiertelny. |
2008–2015 | Federalny program oczyszczania – Rosatom wtłacza 650 m³ specjalnego betonu pod dno jeziora i całkowicie zasypuje zbiornik kamieniami i glebą. |
Listopad 2015 | Jezioro zamknięte – Rosatom ogłasza zakończenie zasypywania; dno jeziora Karaczaj jest całkowicie pokryte. |
2016 (grudzień) | Ostateczne nakładanie – Teren zasypany betonem i ziemią. Monitoring wykazuje „wyraźną redukcję” depozytów radioaktywnych w ciągu pierwszych 10 miesięcy. |
