Mapeamento do potencial de 220 Rn e 222 Rn no interior de imóveis no arquipélago de Fernando de Noronha PE, Brasil. Fernando Carlos Araujo Ribeiro 1, Dejanira da Costa Lauria 1, Wanderson de O. Sousa 1, Fernanda G. da Cunha 2 1 Instituto de Radioproteção e Dosimetria (IRD/CNEN). Av. Salvador Allende, s/n, Rio de Janeiro, RJ 22780-160. fribeiro@ird.gov.br 2 Companhia de Pesquisa de Recursos Minerais (CPRM). Av. Pasteur, 404, Rio de Janeiro, RJ 22292 040.
Introdução 20 km 2 de área 400 km de distância do continente
Origem vulcânica - formações geológicas distintas - Formações Remédios, Quixaba e São José (Almeida, 1955)
Solos: pouca evolução pedogenética pequena profundidade Altamente diferenciados daqueles encontrados no continente, sendo endêmicos. Neossolos (Litólicos e Regolíticos), Cambissolos Vertisolos (Ribeiro et al., 2005, EMBRAPA, 2013).
Objetivo Estimar a ocorrência de radônio ( 222 Rn) e torônio ( 220 Rn) no interior das residências da ilha de Fernando de Noronha, através das concentrações de 226 Ra e 228 Ra presentes nos solos e relacionar com a geologia. Neste trabalho é feita uma abordagem preliminar e conservativa, utilizando parâmetros da literatura e modelagem. Este estudo pretende ser um projeto piloto para avaliar a viabilidade de se efetuar o mapeamento da concentração de radônio e torônio no território brasileiro.
Material e métodos 69 amostras de solo foram coletadas (5-30 cm de profundidade) Programa Nacional de Pesquisa em Geoquímica Ambiental e Geologia Médica PGAGEM (CPRM - Serviço Geológico do Brasil) Trado de aço inoxidável, identificadas e Georeferenciadas Secas em estufa por 48 horas, Peneiradas (2mm) aproximadamente 300 gramas Seladas e estocadas durante 40 dias para ser obtido o equilíbrio entre o 226 Ra, 228 Ra e seus respectivos produtos de decaimento.
Mapa geológico (adaptado de Almeida, 1955) do Arquipélago de Fernando de Noronha, com localização dos pontos de amostragem de solo.
Espectrometria gama HPGe DIRAD/IRD- eficiências relativas 20% e 30% TCam 60.000 s. TCBG foi de 230.000 s. Genie-2000 Foram determinadas indiretamente as concentrações de atividade de 226 Ra (pela média dos valores de 214 Pb e 214 Bi) e 228 Ra (pela concentração de 228 Ac). Sistema web GeoRAD: http://georad.ird.gov.br.
Com concentrações de atividades de 226 Ra e 228 Ra foram calculadas as taxas de exalação de 222 Rn e 220 Rn e as concentrações potenciais no ar, no interior dos imóveis da ilha principal, considerando características da casa padrão brasileira (Rosa, 1997). E = C Ra. C em. λ. ρ. d Equação 1, Chen et al., ( 2010). Onde: E = taxa de exalação (Bq.m - ².s -1 ), C Ra = concentração de 226 Ra ou 228 Ra na amostra, C em = coeficiente de emanação (adimensional), λ é a constante de decaimento ( 220 Rn = 1,28.10-2 s -1, 222 Rn = 1,97.10-4 s -1 ), ρ é o valor da densidade do solo (1500 kg.m -3 ) e d é a profundidade do solo (2 m). Os valores utilizados para o coeficiente de emanação (C em ) dos isótopos de Rn foram encontrados em UNSCEAR (2008), respectivamente 0,16 para 220 Rn e 0,2 para 222 Rn.
Com o uso deste software e dos dados da literatura acima descritos, foi verificado que a espessura do solo que contribui significativamente para a dose por 222 Rn e 220 Rn é de até 2 metros, considerando-se ainda a emanação dos isótopos de radônio e o decaimento radioativo. Tabela. Relação entre dose potencial devido ao 222 Rn com a espessura do solo. Profundidade (cm) Dose msv.a -1 222 Rn 220 Rn 10 0,056 0,001 20 0,54 0,004 50 3,17 0,007 100 7 0,01 200 10,1 0,01 300 10,9 0,01 400 11,2 0,01 500 11,3 0,01 600 11,4 0,01
A concentração potencial de radônio dentro de imóveis foi calculada tomando-se como base a profundidade de 2 m de solo e a densidade do solo de 1,5 g.cm -3. A dose efetiva anual potencial foi calculada ao longo de 50 anos (parâmetros do Resrad 6.5) residindo no local e não havendo piso na casa, uma taxa de ocupação de 0,8 (UNSCEAR, 2000), troca de ar 0,7 h -1, altura do pé direito da casa 2,8 m, com 100 m 2 de área (proposto também no Resrad 6.5). Para gerar os mapas de distribuição potencial dos isótopos no arquipélago foi usado o software QGIS. Análise estatística software Statistica 7 (StatSoft, Inc.).
Resultados e Discussão Distribuição de 226 Ra e 228 Ra Tabela 1. Valores mínimos, máximos e média de concentração de atividade de 226 Ra e 228 Ra nas amostras de solo (n=69) do arquipélago de Fernando de Noronha. Concentração 226 Ra 228 Ra Bq.kg -1 Mínima 4,6 ± 0,5 10,5 ± 0,2 Média 56,1 81,5 Máxima 268,4 ± 11,5 297,6 ± 9,7
Distribuição normal
Formação Quixaba: Concentração de atividade no solos praticamente homogênea. A menor concentração de 226 Ra e 228 Ra próximo à Aeronáutica, ao norte do Aeroporto, porém possivelmente este ponto foi sujeito a aterro com material de outros locais da ilha para construção das benfeitorias e não represente os solos da região. Geologia: rochas ultrabásicas, provenientes dos derrames de lavas ankaratríticas e depósitos piroclásticos com idades entre 1,7 e 3 Ma (Cordani, 1970). A Formação Quixaba é rica em olivinas (CPRM, 2011), com teores de cálcio entre 0,1 e 1 g.kg -1, menores que os contidos nos feldspatos (Smith e Huyck, 1999) da Formação Remédios. Mmenor concentração de isótopos de Ra nesta formação pela menor substituição isomórfica de um elemento pelo outro na formação da rocha.
226 Ra 228 Ra Figura 2. Distribuição de concentração de atividade de 226 Ra e 228 Ra nos solos do arquipélago de Fernando de Noronha.
Concentração de 226 Ra é menor que a concentração de 228 Ra Solos brasileiros: concentração de 232 Th maior que a de 238 U. Exceções: amostras coletadas sobre os arenitos e fosfatos da Ilha Rata e Ilha do Meio Afinidade do 238 U pelo fosfato de origem biológica (guano). As concentrações de atividade de 226 Ra e 228 Ra são as maiores encontradas em todo o arquipélago e o mesmo ocorrendo com 220 Rn e 222 Rn.
Comparação de médias: Local 226 Ra Bq.kg -1 Referência Mundo 32 UNSCEAR, 2008 Tenerife 43,57 Fernández-Aldecoa et al. 1992 Camarões 14 Ngachin et al., 2008 USA 41 UNSCEAR, 1982 Rio de Janeiro 57 Lauria et al., 2009 Rio Grande do Norte 29 Malanca et al., 1996 Este estudo 49 Este estudo, retirando amostras das ilhas Rata e do Meio Este estudo com ilhas 56 (ilhas entre 105 e 268 Bq.kg -1 226 Ra e entre 47 e 67 Bq.kg -1 228 Ra) Concentrações média próximas ao relatado para 226 Ra em Tenerife, EUA e Rio de Janeiro, acima do reportado no Camarões e Rio Grande do Norte. 228 Ra próximo ao reportado por Lauria et al.(2009) para solos do Rio de Janeiro. 70 Bq.kg -1
Formação Remédios: As maiores atividades de 226 Ra e 228 Ra (e seus produtos de decaimento) da ilha principal Áreas desabitadas, nas proximidades da cabeceira da pista do aeroporto e na encosta do morro do Atalaia. Solo: Neossolo litólico (Marques et al., 2007b Forte influência do material rochoso de origem, fonolitos afíricos, ricos em feldspatos alcalinos, principalmente ortoclásios, feldspatóides e piroxênios sódicos (Ulbrich et al., 1994). Minerais primários tem alto teor de bário e cálcio, que podem ser substituídos na composição química pelo Ra devido a comportamento químico similar (Smith e Huyck, 1999), o que explica a alta concentração dos isótopos de rádio. No Complexo Alcalino de Poços de Caldas, região de origem igualmente vulcânica, também ocorrem fonolitos onde o comportamento de rádio é similar (Alves, 2003).
Potencial de concentrações e de doses anuais por 222 Rn e 220 Rn Tabela 2. Concentração potencial nos solos e doses anuais potenciais de 220 Rn e 222 Rn no interior de imóveis do arquipélago de Fernando de Noronha. Concentração potencial (Bq.m -3 ) Dose efetiva anual potencial (msv.a -1 ) 222 Rn 220 Rn 222 Rn 220 Rn Mínimo 9,33 1773,86 0,31 0,19 Médio 112,57 13743,22 2,85 1,25 Máximo 538,42 50133,09 17,98 5,36 Refletem resultados para os isótopos de rádio. Maior concentração de 232 Th do que 238 U, usualmente encontrada em solos brasileiros.
Praticamente todas as amostras, a concentração potencial ficou abaixo do limite definido pela IAEA (2011), 300 Bq.m -3 para o 222 Rn excetuando as amostras onde a concentração de rádio está elevada (fosfato e Atalaia) Para o 220 Rn, os valores das concentrações de atividade potenciais variaram entre 1773,86 e 50133,09 Bq.m -3, tendo como média 13743,22 Bq.m -3. Potencial de dose efetiva anual: de 0,31 msv.a -1 a 17,59 msv.ano -1 para o 222 Rn. Novamente, o valor recomendado de 10 msv.a -1 pela IAEA (2011) foi superado nos pontos das amostras das ilha Ratas e do Meio Ilha principal: Morro do Atalaia e cabeceira da pista do aeroporto, devido também ao teor de rádio no material de origem do solo. 222 Rn 220 Rn
Radônio e o torônio: Diferença? Decaimento do 238 U e 232 Th, respectivamente), 3,82 dias para 222 Rn e 54,5 segundos para o 220 Rn. Maioria dos estudos de dose não considera a contribuição do 220 Rn, porque a concentração de torônio é normalmente muito mais baixa e a meia vida muito menor que do radônio. Isto no Brasil, com mais Th que U, precisa ser mais investigado. ** Os parâmetros usados neste estudo (taxa de renovação do ar, densidade do solo, casa brasileira de referência) foram valores médios, retirados da literatura. Além disto, o estudo considera uma série de premissas que na natureza, são diferentes (concentrações e profundidade do solo, umidade do solo, fatores climáticos e meteorológicos), e há a questão da existência do piso, que atua como blindagem ao gás.
** A dose real causada pelos isótopos pode ser investigada experimentalmente. Não só as concentrações dos radionuclídeos nos solos são responsáveis pelas doses, mas esta abordagem é uma estimativa, utilizada em caso da ausência de outros dados, para orientar a busca de maiores informações e de determinação de parâmetros. Este tipo de abordagem pode ser utilizado para indicar locais potencial concentração dos isótopos de radônio, e que necessitam de medidas específicas. Neste trabalho é feita uma abordagem preliminar e conservativa, na tentativa de contribuir para o desenvolvimento de um mapa potencial de concentração de radônio e de dose ambiental.
Conclusões No arquipélago de Fernando de Noronha, a ocorrência de isótopos de rádio e radônio está associada a depósitos de fosfato de origem biológica (guano) e aos fonolitos afíricos da formação Remédios. A média de dose efetiva anual potencial por 222 Rn e 220 Rn está abaixo do limite estabelecido pela IAEA de 10 msv.a -1, exceto em locais com existência de fosfato de origem biológica e de fonolitos afíricos da encosta do Morro da Atalaia. A abordagem de modelagem matemática utilizada neste estudo pode ser empregada em outros estudos que buscarem, baseados em fatores abióticos (pedologia, litologia) estimar a concentração e a dose potencial por radônio e torônio, quando outros parâmetros locais não puderem ser determinados. Agradecimentos Os autores agradecem a cooperação dos servidores da CPRM no Recife (coleta e envio das amostras) e do IRD: Laércio Carvalho (preparo de amostras), Octavio Luiz T. Filho e Wagner Pereira (análises), Sérgio de A. Gonzalez e Tadeu Augusto de A. Silva (confecção do sistema GEORAD).