The sunken nuclear submarine in the Norwegian Sea - A potential environmental problem?

Abstract

On 7 April 1989 the Soviet nuclear submarine "Komsomolets" sank in the Norwegian Sea about 185 km southwest of the Bear Island at bottom depth of about 1700 m. Potential sources of radioactive contamination are the reactor and the nuclear warheads. A Komsomolets Foundation has been established consisting of the Russian constructor of the submarine, a Dutch salvaging consortium and some environrnentally oriented parties. The goal of this foundation is to get international financial support for its plans to either salvage the submarine totally, to salvage the torpedo part or to sea1 off the torpedo part of the submarine. A report from an expert working group to Norwegian Minister of Foreign Affairs, however, concludes that the best solution is to leave "Komsomolets" where it is. Radioactive components in the wreck which may be dissolved and spread in the water masses include cesium-137 and strontium-90. Insoluble plutonium will settle in the sediments and remain in the vicinity of the wreck. The present study is dealing with the most likely pattern of the distribution of radioactive elements in the water masses if a leakage from the wreck occurs. The study is based on hydrographic observations, current measurements and numerical models. By assessing the potential radioactive pollution from "Komsomolets" it is concluded that the sunken nuclear submarine represent a minor radioactive pollution problem for the following reasons: - the great deyth where the possible release of radioactive material will take ylace, - the relatively small amount of radioactive material available for release, - the enormous water masses available for dilution, - the additional "chemical/biological dilution" (the radioactive isotopes of strontium and cesium are only a very small fraction of the total amount of these elements in sea water. The biological uptake will reflect this ratio between the radioactive and the non-radioactive isotope), - the relatively biologically inactive plutonium will be confined to particulate form in the sediments close to the release point. The distribution of possible radioactivity in the water masses will be along isopycnic surfaces. The radioactive components will be syread by the pulsating current in the area, but they will remain in the deep water and gradually be diluted as they are dispersed from the source. It is not likely that watermasses to any measurable extent will rise from the depth of about 2000 m to the surface. If so, the concentration will only be a small and insignificant fraction of the concentration near the wreck. Even assuming that the submarine might represent a 10 MWatt heat source, a hot plume possible containing radioactive material, would rise to a maximum height of about 500 m above the bottom. The radioactive components will therefore gradually be dispersed in the deep water masses of the Nordic Seas and the Arctic Ocean which has a volume in the order of 10 million km3. The deep water whch is advected out of the area, flows as bottom water across the deeper passages in the Greenland-Scotland Ridge to sink into the abyssal depths in the Atlantic from where it spreads in the deep circulation of the world oceans. Residence time in this system is assessed to range from a few to about 15 centuries.NORSK SAMMENDRAG:Den 7 april 1989 brøt det ut brann i den sovjettrussiske kjernefysiske ubåten "Komsomolets". Den sank i Norskehavet 185 km sørvest av Bjørnøya hvor bunndypet er omkring 1700 m og 42 sjømenn omkom. Mulig kilde til radioaktiv forurensning er den kjernefysiske reaktoren og de kjernefysiske stridshodene ombord. De radioaktive elementene som først og fremst kan bli oppløst og transportert med vannmassene er cesium og strontium som er produsert i reaktoren. Mengden av disse stoffene i den avslåtte reaktoren ombord i "Komsomolets" er anslått til henholdsvis 630 g og 350 g. Ikke-radioaktivt cesium og strontium finnes naturlig i store mengder i havet. For cesium utgjør dette 500 kg - km-3 og for strontium 8000 tom . km-3. De radioaktive isotopene av cesium og strontium fra "Kornsomolets" vil altså ved blanding utgjøre kun en forsvinnende del av totalmengden av disse to stoffene i vannmassene omkring ubåten. Biologiske organismer skiller ikke mellom den ikke-radioaktive og den radioaktive versjonen av samme stoffet. Forhodet mellom disse to versjonene i det biologiske opptaket vil derfor være det samme som det man finner i havet. I tillegg til radioaktivt cesium og strontium inneholder stridshodene ombord i "Komsomolets" 6-8 kg plutonium. Dette stoffet er meget giftig, men løser seg nesten ikke i vann. Plutonium fra ubåten vil være i partikkelform og spre seg fra ubåten ved sediment-transport. Denne vil være begrenset til noen få kilometer fra ubåten. Sjansene for å få påvirkning av plutonium oppover i næringskjeden ansees som meget liten. Den russiske konstruktøren av ubåten har gått sammen med et konsortium av hollandske bergingsselskaper og noen miljøorganisasjoner og dannet "Stiftelsen Komsomolets". Målet for stiftelsen er å få internasjonal økonomisk støtte for enten å heve ubåten, heve de kjernefysiske torpedoene eller å "støpe inn" deler av ubåten. En norsk ekspertgruppe opprettet av Utenriksdepartementet, har konkludert med at den beste løsningen er å la "Komsomolets" ligge som den er. Denne rapporten tar sikte på å se på hva som vil være det sannsynlige spredningsmønsteret for de radioaktive elementene dersom en lekkasje fra ubåten oppstår. I dette arbeidet har man brukt observasjoner av radioaktivitet, strøm og hydrografi fra området omkring ubåten samt simuleringer ved hjelp av matematiske modeller. Arbeidet har vært gjort i samarbeid med Det norske meteorologiske institutt og Forsvarets forskningsinstitutt, Kjeller. Konklusjonen fra dette arbeidet er at radioaktiv påvirkning i de øvre og biologisk aktive vannlag ansees for å bli så liten at den ikke representerer noen fare. Dypet hvor et mulig utslipp vil finne sted og tetthetsfordelingen i vannmassene ovenfor vil begrense den vertikale utbredelsen av en eventuell forurensning. Selv dersom man forutsetter at ubåten representerer en varmekilde på 10 MWatt vil oppstrømmingen neppe rekke høyere opp enn omkring 500 m over bunn. Ved en eventuell lekkasje fra ubåten vil radioaktive komponenter bli spredt av den pulserende strermmen i området men denne spredningen vil hovedsaklig skje langs tetthetsflater . En forurensning vil forbli i dypvannmassene i de Nordiske hav og Polhavet som har et volum på omkring 10 millioner km3. Her vil en eventuell radioaktiv påvirkning bli kraftig fortynnet før dypvamet strømmer ut i Atlanterhavet over Skottland - Grernnland ryggen. Derfra vil det inngå i dypvannsirkulasjonen i de store verdenshav og det vil ta mange hundre år før dette vannet igjen vil befinne seg i overflatelaget.