Characterization of the chemical, biological and radiological environment in the Arctic World Archive

Abstract

This report describes the characterization of the chemical, biological and radiological environment in a decommissioned coal mine (Mine 3) on Svalbard, where the Artic World Archive (AWA), established by Piql and Store Norske Spitsbergen Kullkompani (SNSK) is located. AWA is used for long-term storage of digital information on a digital photosensitive archival film (piqlFilm). With the combination of resilient long-term storage technology and the remote, safe and cold conditions found on Svalbard, AWA is designed to keep data preserved for >1000 years. Storage at low temperature will increase the lifespan of the piqlFilm, but little is known about how mine vault environments can affect the different components of a Piql system (piqlFilm, piqlBox and wrapping bag). The results from this environmental characterization will be used for accelerated life testing of the Piql system. This report is based on literature studies of the chemical, biological and radiation environment in coal mines, and data collected during two sampling campaigns (summer 2021 and winter 2022). The measured concentrations of NH3 in the AWA vault was six times higher than the 2018–2020 annual averages measured by Norwegian Institute for Air Research (NILU) at Norwegian mainland measurement sites and 16 times higher than concentrations measured at the Zeppelin observatory in Ny-Ålesund. The concentrations of the other gases measured (NO2, SO2, CO2 and CH4) were at natural atmospheric background levels. The DNA concentration observed in air samples collected in the AWA vault were in the lower range of concentrations found in environmental outdoor environments, indicating fewer airborne microorganisms. The results suggest that there is no reason to customize the microbiological environment during accelerated life testing of the Piql system. Visible fungal growth was observed on the plywood floor in the storage container inside the AWA vault during the sampling campaigns. If left unchecked, the fungal growth would undoubtedly increase during long-term storage and exchanging the plywood floor with e.g. steel should be considered since this will limit problems associated with fungal and other kinds of microbial growth. The effective radiation dose inside the mine tunnels and AWA vault was measured at levels equivalent to the lower range of the average background radiation in Norway and lower than the outdoor reference measurements near Mine 3. Therefore, these results indicate no increased risk of long-term storage effects on the Piql system from radiation in the AWA vault compared to other possible storage environments.

Rapporten beskriver karakterisering av det kjemiske, biologiske og radioaktive miljøet i en nedlagt kullgruve (Gruve 3) på Svalbard, hvor Piql og Store Norske Spitsbergen Kullkompani (SNSK) i samarbeid har etablert Arctic World Archive (AWA) for langtidslagring av digital informasjon på fotosensitiv film (piqlFilm). Kombinasjonen av en fleksibel teknologi for langtidslagring og de stabile og kalde forholdene på Svalbard gjør AWA egnet for langtidslagring av piqlFilm i >1000 år. Lagring ved lav temperatur øker levetiden til piqlFilm, men det er ikke kjent hvordan gruvemiljøet vil påvirke de ulike komponentene i Piql systemet (piqlFilm, piqlBox og innpakningspose). Resultatene fra miljøkartleggingen benyttes som faktagrunnlag i forbindelse med akselerert levetidstesting av Piql systemet. Den endelige rapporten er basert på sammenstilling av litteraturstudier av det kjemiske og biologiske miljøet samt radioaktiv stråling i gruver og data fra miljøkartlegginger utført sommer 2021 og vinter 2022. Målte konsentrasjoner av NH3 i AWA var seks ganger høyere enn årlig gjennomsnitt målt ved bakgrunnsstasjoner i fastlands-Norge av Norsk institutt for luftforskning (NILU) i perioden 2018-2020 og 16 ganger høyere enn konsentrasjoner målt ved Zeppelinobservatoriet i Ny-Ålesund på Svalbard. Konsentrasjonen av NO2, SO2, CO2 and CH4 var ikke forhøyet i forhold til gjennomsnittsverdier ved norske bakgrunns stasjoner. DNA konsentrasjoner i luftprøver fra AWA var lavere enn gjennomsnitt fra tilsvarende målinger utført i ulike utendørsmiljøer, noe som indikerte lavere konsentrasjon av luftbårne mikroorganismer. Resultatet gir ikke noe grunnlag for å tilpasse det mikrobiologiske miljøet ved akselerert levetidstesting av Piql systemet. Det ble observert vekst av muggsopp på tregulv i container benyttet i AWA. Vekst av muggsopp vil sannsynligvis øke ved langtidslagring hvis dette ikke håndteres. Det anbefales derfor å bytte ut tregulvet med et uorganisk materiale som for eksempel stål for å redusere problemer med muggvekst og andre mikroorganismer. Effektiv stråledose målt inne i gruvegangene og i AWA tilsvarte lavere område av gjennomsnittlig bakgrunnsstråling i Norge og var lavere enn stråledose målt i utendørsmiljø like ved Gruve 3. Dette indikerer ingen økt risiko for negative effekter på de ulike komponentene i Piql systemet ved langtidslagring i AWA sammenlignet med andre lagringsmiljøer.