The distribution of the radio nuclide Caesium 137 as an indicator for North Sea watermass transport

Summary

Research concerning the distribution of the radio isotope Cs 137, which enters the sea from nuclear fuel reprocessing plants near Cherbourg and Windscale, has been carried out by large scale investigations in the North Sea during the years 1969 to 1973. These measurements of the spatial and temporal distribution of Cs 137, which is an ideal tracer, have made it possible for us to provide more detailed evidence about watermass transport and residual current velocity in the North Sea. Individual consideration concerning influences of the currents and/or eddy diffusion upon the distribution of Cs 137 cannot be undertaken, however, in view of the data available to date.

The transport of water flowing along the English East coastline between Peterhead and 53° N, has an average velocity of about 0.6–0.7 n miles per day. The transport of water which flows from Cherbourg through the English Channel and along the mainland coastline North-East towards Skagerrak, reaches an average velocity of 1.0 to 1.1 n miles per day, whereby the velocities in different areas of this stretch can vary between 0.7 and 1.7 n miles per day. It is not possible to state how far these differences are affected by seasonal or meteorological influences, or whether or not they are connected with current vortices.

Our investigations clearly reveal that a watermass transport takes place from the Irish Sea around the northernmost point of Scotland, along the English eastern coastline towards the South into the southern North Sea, as well as through the English Channel along the Belgian, Netherlands, German, and Danish coastlines up into the Skagerrak. The watermasses of both transport routes mix together in the southern North Sea. A part of the water can reach the Baltic Sea via the Kattegat; the principal volume is transported back into the Atlantic via the Skagerrak and along the Norwegian coastline. These watermass movements mean, however, that all the soluble pollutants which reach the sea from the Irish Sea area or along the North Sea coastline, in principle, eventually reach these coastal regions and, when the occasion arises, can lead to damage in these areas.

Zusammenfassung

In den Jahren 1969–1973 wurde in mehreren großräumigen Untersuchungen der Nordsee die Verteilung des aus den Kernbrennstoffwiederaufbereitungsanlagen bei Cherbourg und Windscale in das Meer gelangenden Radioisotops Cs 137 untersucht. Diese Messungen der zeitlichen und räumlichen Ausbreitung des als Tracer ausgezeichnet geeigneten Cs 137 ermöglichen es uns, nähere Aussagen über den Wassermassentransport und die Reststromgeschwindigkeiten im Bereich der Nordsee zu machen. Eine getrennte Behandlung des Einflusses der Strömungen bzw. der Diffusion auf die Ausbreitung des Cs 137 läßt sich an Hand der vorhandenen Daten nicht vornehmen.

Der entlang der englischen Ostküste nach Süden verlaufende Wassertransport erfolgt zwischen Peterhead und 53°N mit einer mittleren Geschwindigkeit von rund 0,6–0,7 sm/d^*. Der von Cherbourg durch den Englischen Kanal entlang der Festlandsküste nach Nordosten zum Skagerrak gerichtete Transport erreicht eine mittlere Geschwindigkeit von 1,0 bis 1,1 sm/d, wobei die Geschwindigkeiten in verschiedenen Bereichen dieser Strecke zwischen 0,7 und 1,7 sm/d variieren können. Inwieweit diese Unterschiede auf jahreszeitlichen oder meteorologischen Einflüssen beruhen oder im Zusammenhang mit Strömungswirbeln stehen, läßt sich noch nicht sagen.

Unsere Untersuchungen lassen eindeutig erkennen, daß sowohl ein Wassermassentransport aus der Irischen See um die Nordspitze Schottlands herum entlang der englischen Ostküste nach Süden in die südliche Nordsee als auch durch den Englischen Kanal entlang der belgischen, niederländischen, deutschen und dänischen Küste bis in das Skagerrak erfolgt. Die Wassermassen beider Transportwege vermischen sich im Bereich der südlichen Nordsee. Ein Teil des Wassers kann durch das Kattegat in die Ostsee gelangen, die Hauptmenge wird durch das Skagerrak entlang der norwegischen Küste wieder dem Atlantik zugeführt. Diese Wassermassenbewegung bedeutet aber, daß alle im Bereich der Irischen See oder entlang der Nordseeküstenlinien in das Meer gelangenden löslichen Verschmutzungen grundsätzlich die dem Einbringungsort folgenden Küstenbereiche erreichen und gegebenenfalls zu einer Schädigung in diesen Bereichen führen können.

Résumé

Des recherches sur la distribution du radio isotope césium 137, qui pénètre dans la mer, en provenance des installations de traitement du combustible nucléaire proches de Cherbourg et de Windscale, ont été exécutées au cours de mesures effectuées sur une grande échelle dans la Mer du Nord, de 1969 à 1973. Ces mesures de la distribution dans l'espace et dans le temps du césium 137, qui est un traceur idéal, nous ont permis de mettre en évidence, d'une façon détaillée, le déplacement des masses d'eau et la vitesse du courant résiduel dans la Mer du Nord. Toutefois, étant donné les éléments d'information actuellement disponibles, on ne peut traiter en particulier l'influence exercée sur la distribution du césium 137 par les courants et/ou par la diffusion due aux tourbillons.

La masse d'eau se déplaçant le long de la ligne des côtes de l'Est de l'Angleterre, entre Peterhead et le 53ème degré Nord, a une vitesse moyenne d'environ 0,6 à 0,7 mille nautique par jour. La masse d'eau s'écoulant de Cherbourg à travers la Manche et le long de la ligne des côtes du continent, vers le Nord Est, en direction du Skagerrak, atteint une vitesse moyenne de 1 à 1,1 mille nautique par jour. Il en résulte que les vitesses dans les différentes régions de ces étendues marines peuvent varier entre 0,7 et 1,7 mille nautique par jour. On ne peut dire jusqu'à quel point ces différences sont affectées par des influences météorologiques ou saisonnières et si elles sont ou non en relation avec les tourbillons du courant.

Nos recherches montrent clairement qu'une masse d'eau se déplace de la Mer d'Irlande en contournant le point le plus Nord de l'Ecosse et en s'écoulant vers le Sud, le long de la côte Est de l'Angleterre, dans la région Sud de la Mer du Nord, et, également en traversant la Manche le long de la Belgique, des Pays Bas, de l'Allemagne et du Danemark jusque dans le Skagerrak. Les masses d'eau suivant ces deux itinéraires se mélangent ensemble dans la région Sud de la Mer du Nord. Une partie des eaux peut atteindre la Mer Baltique en passant par le Kattegat. Le plus gros volume retourne dans l'Atlantique par le Skagerrak et en longeant la ligne des côtes de Norvège. En outre, ces mouvements de masses d'eau montrent qu'en principe toutes les matières polluantes solubles qui arrivent à la mer, soit qu'elles viennent des régions de la Mer d'Irlande, soit le long de la ligne de côtes de la Mer du Nord, atteignent en fin de compte ces régions côtières et peuvent y causer des dommages si l'occasion s'en présente.