Rapp. Comm. int. Mer Mιdit., 36,2001
121
During the first weeks after the Chernobyl NPP accident, the 
90
Sr concen-
tration in Black Sea waters increased by 7-20%, and 
137
Cs activity doubled due
to atmospheric fallout [1]. Afterwards, the Black Sea was subjected to radioac-
tive contamination mainly through river discharge. The present paper deals with
an assessment and large-scale prognosis of pollution of Black Sea waters, biota
and sediments with 
90
Sr and 
137
Cs, using results of measurements and subse-
quent modelling [1-5]. The purpose was to estimate inventories and the time
scale of Black Sea ecosystem response to radioactive contamination, and to
assess time periods during of which the concentrations of 
90
Sr and 
137
Cs in
water, marine biota and the upper sediments may decrease to the pre-accidental
levels.
Methods and materials
The study was carried out in 1986-2000 on oceanographic vessels and in the
framework of radioecological monitoring of Sevastopol Bay with support of the
EU programs EROS-2000 and EROS-21, IAEA projects NR 7400 RB and
RER/2/003, and in collaboration with WHOI and EPA (USA). Intercomparison
of the measurements was fulfilled jointly with WHOI, EPA (USA), Riso
National Laboratory (Denmark) and IAEA.
Results and discussion
The study has shown that shortly after radioactive contamination of sea sur-
face with atmospheric fallout, a relatively rapid decrease in 
90
Sr and 
137
Cs con-
centrations in the ecosystem compartments was observed during the first year
(Fig. 1). In sediments adjacent to the Danube Delta, the 
137
Cs concentration
increased up to 1991. During the following years a decrease in radioactive con-
tamination of waters, biota and sediments was found, and the trends may be suc-
cessfully approximated by exponential equations. This allows calculating
parametersAandpof the exponents:
q = A exp (- p t)(1)where q is in?ow or out?ow ?u 
xes of radionuclide
(TBq), or radionuclide concentration in the ecosystem compartment (Bq m
3
r
Bq kg
1
) at time t (year); A and p are parameters. The time periods of decrease
to half of the original levels (half-lives) were calculated as T
5
= 0.693/p, and the
time for decrease of 
0
Sr and 
7
Cs concentration in wa 
r, biota and sediments
to the pre-accidental levels were determined with 95% probability as T = 5 T
5
.
The predicted integral components of the Black Sea radioactive balance were
calculated from equation:
T
Q = A 
?
 exp (- p t) dt(2)
0
whereQis the predicted ?ux (TBq). The results of calculations using equations
(1) and (2) are shown in Tables 1 and 2. They suggest that the time scale of the
Black Sea ecosystem response to the Chernobyl-derived pollution ranges
between 21-73 years for 
90
Sr and 11-77 years for 
137
Cs.
References
1. EgorovV.N., Povinec P.P., Polikarpov G.G., Stokozov N.A., Gulin S.B.,
Kulebakina L.G., Osvath I., 1999. 
90
Sr and 
137
Cs in the Black Sea After the NPP
Chernobyl Accident: Inventories, Balance and Tracer Applications. J., Environm
Radioact., 43: 137-155.
2. EgorovV.N., Polikarpov G.G., Kulebakina L.G., Stokozov N.A., Yevtushenko
D.B., 1991. Modelling Large-scale Contamination of the Black Sea Caused by
Long-lived Radionuclides of 
137
Cs and 
90
Sr Following the Chernobyl Accident. In:
ComperativeAssessment of the Environmental Impact of radionuclides Released
During Three Major Nuclear Accidents Report EUR 13574 Press,  pp. 649-664. 
3. EgorovV.N., Polikarpov G.G., Mirzoyeva N.Yu., Kulebakina L.G., Artyomov
Yu.G., 2000. The Tendencies of Change of 
90
Sr and 
137
Cs Concentration in the
Water and Hydrobionts of the Sevastopol Bays After Chernobyl NPP Accident.
Marine Ecol., 50: 83-87 (In Russian). 
4. Gulin S.B., Aarkrog A., Polikarpov G.G., Nelsen S.P., EgorovV.N., 1997.
Chronological Study of 
137
Cs Input to the Black Sea Deep and Shelf Sediments.
Radioprotection – Colloques, 32, C2: 257-262.
5. Polikarpov G.G., Livingston H.D., Kulebakina L.G., Buesseler K.O., Stokozov
N.A., Casso S.A., 1992. In?ow of Chernobyl Sr-90 to the Black Sea from the
Dnieper River.J. Estuarine, Coastal and Shelf Sciences, 34: 315-320
.
ASSESSMENT OF THE BLACK SEA RESPONSE TIME-SCALE TO POLLUTION WITH 9
0
SR AND 
137
CS
FOLLOWING THE CHERNOBYL NPP ACCIDENT
EgorovV.N.*, Polikarpov G.G., Stokozov N.A., Gulin S.B. and Mirzoyeva N.Y.
Institute of Biology of the Southern Seas (IBSS), Nat. Ac. Sc. of the Ukraine, Sevastopol, Ukraine - viktor@egorov.sebastopol.ua
Abstract
This assessment summarises studies of 
90
Sr and 
137
Cs pollution of the Black Sea Basin carried out during the period 1986-1998 following
the accident at the Chernobyl NPP. Its goal is to assess the temporal evolution of 
90
Sr and 
137
Cs mass balance and inventories in some
typical Black Sea ecosystems. It was found that the time scale of the Black Sea ecosystem response to the Chernobyl-derived pollution
ranged between 21-73 years for 
90
Sr and 11-77 years for 
137
Cs.
Keywords: Black Sea, pollution, 
90S
r,
137
Cs, hydrobionts. 
Fig. 1.Temporal variations in radionuclide concentrations in the Black
Sea
a and b – annual average 
90
Sr and 
137
Cs ?uxes with the Dnieper and Danube
river run-off; c – 
90
Sr (_) and 
137
Cs (+) out?ow through the Bosporus Strait; d
– change of 
90
Sr concentration in front of the Dnieper-Bug estuary; e –
dynamics of 
90
Sr (_) and 
137
Cs (+) concentrations in the western mid-gyre; f
and g – change of 90Sr and 137Cs concentrations in Sevastopol Bays; h –
90
Sr concentration in algae Cystoseira crinita; i – 
90
Sr concentration in mus-
sel Mytilis galloprovincialis (_) and fish Odontogatus merlangus (_); j – 
137
Cs
Components
90
Sr
137
Cs
T0.5TT0.5T
In?ow from the Dnieper River (since 1987)
7.036.02.011.0
In?ow from the Danube River (since 1987)
14.473.06.935.5
Out?ow through the Bosporus Strait (since 1987)13.166.54.423.0
Surface waters near the Dnieper estuary (since 1989 )9.652.0------
Surface waters of the Central Western Black Sea (since 1986)15.6785.4
27.0
Danube Delta marine bottom sediments (since 1991)------14.477.0
Region of the Sevastopol Bay:
Surface waters (since 1987)
6.935.55.930.5
Brown seaweed Cystoseira crinita (since 1987 )4.021.04.423.0
Mollusc Mytilis galloprovincialis (since 1986)6.733.54.321.5
Table 2. Half – lives (T0.5) and complete response times (T) for mass balance
components in some ecosystems of the Black Sea Basin to the pollution
with 90Sr and 137Cs after the Chernobyl NPPaccident (years)Including peri-
od before an exponential decreasing.
90Sr (TBq)
137Cs (TBq)
Components ofInput/OutpuPrognosis ofTotalInput/outputPrognosis ofTotal
balanceAssessmentsconsequentAssessmentsconsequent
input/Output
input/output
Inventory in the
whole volume------
˜
 1500------1400
before 26.04.86
± 300
Atmospheric100-300---
1700-2400---
fallout in 05.86
In?ow from the90.2*57.8148.02.0*0.12.1
Dnieper River
In?ow from the24.5*32.857.324.0*13.637.6
Danube River
Out?ow through 94.0*130.2224.2225.0*64.7289.7
Bosporus Strait
Table 1. Mass balance components and prognostic estimations for 90Sr and
137Cs in the Black Sea Basin.Note: * - Estimations for the period 1986-1995