Τετάρτη, 26 Αυγούστου 2015

Η ραδιενέργεια της Γης

Η ραδιενέργεια της Γης


Δημιουργία των Πλανητών (και της Γης). Πριν από αρκετά δισεκατομμύρια χρόνια, ελάχιστα λεπτά μετά το Big Bang, σχηματίστηκαν λόγω της έκρηξης άτομα Υδρογόνου και Ηλίου και τα οποία εκτοξευόμενα στον κενό χώρο, έγιναν η “μαγιά” για την δημιουργία των πρώτων άστρων (“ήλιων”) του Σύμπαντος. Στο εσωτερικό των άστρων πλέον συνεχίστηκε (και συνεχίζεται…) η σύνθεση βαρύτερων πυρήνων με σύντηξη των ελαφρύτερων. Επίσης, υπερμεγέθη άστρα, όταν κλείσουν τον κύκλο της ζωής τους, καταρρέουν και εκρήγνυνται (ως supernovae) δημιουργώντας ταυτόχρονα ακόμη βαρύτερα χημικά στοιχεία. Όλα τα χημικά στοιχεία που γνωρίζουμε στην Γη και στο Σύμπαν έχουν δημιουργηθεί με αυτόν τον τρόπο. Η θερμοπυρηνική έκρηξη εκτινάσσει μεγάλο μέρος της μάζας των θνησκόντων άστρων στον γύρω μεσοαστρικό χώρο, αυτή στην συνέχεια ενώνεται με την υπάρχουσα εκεί διαστρική ύλη (σύννεφο αερίων και σκόνης) που στροβιλίζεται άσκοπα, δημιουργώντας τελικά ένα είδος νεφελώματος.

Σε ένα από αυτά τα νεφελώματα (όπως και σε άπειρα άλλα), η ύλη άρχισε να συρρικνώνεται, δημιουργώντας με την βοήθεια της βαρύτητας ένα τεράστιο περιστρεφόμενο δίσκο. Το κέντρο του δίσκου συμπυκνώθηκε και έγινε ο Ήλιος, ενώ τα σωματίδια στα εξώτερα στρώματα του δίσκου μετατράπηκαν σε μεγάλες πύρινες μπάλες από υγρά και αέρια, οι οποίες κρύωναν στην συνέχεια και έπαιρναν σιγά-σιγά στέρεη μορφή. Πριν από 4,5 δισεκατομμύρια έτη περίπου, οι μπάλες αυτές άρχισαν να παίρνουν την σημερινή πλανητική μορφή τους και να γίνονται η Γη, ο Άρης, η Αφροδίτη κ.λ.π.

Η Ραδιενέργεια στο εσωτερικό της Γης. Η Γη εκείνη την χρονική περίοδο δεν ήταν παρά μια υπέρθερμη χημική “σούπα” αποτελούμενη από όλα τα γνωστά χημικά στοιχεία. Μεταξύ αυτών υπήρχαν και υπάρχουν σε τεράστιες ποσότητες, τρία βαρέα ραδιενεργά χημικά στοιχεία: το Ουράνιο-238, το Ουράνιο-235 και το Θόριο-232. Κάθε ένα από αυτά τα στοιχεία ήταν και παραμένει εξαιρετικά ραδιενεργό, ή με άλλα λόγια, τα άτομα από τα οποία  αποτελείται διαθέτουν τεράστιους ασταθείς πυρήνες με πολλά πρωτόνια, πυρήνες οι οποίοι συνεχώς διασπώνται σε μικρότερους πυρήνες (“μεταστοιχειώνονται”), έως ότου γίνουν μη-ραδιενεργοί (όλα καταλήγουν ως σταθερός μόλυβδος!). Με αυτόν τον τρόπο “γεννάνε” και άλλα ραδιενεργά στοιχεία, ως ενδιάμεσα προϊόντα (με χρόνο ύπαρξης ελάχιστα δευτερόλεπτα έως και δισεκατομμύρια χρόνια) στον συνεχή κατήφορό τους προς την φυσική σταθερότητα.

Στην υπέρθερμη Γη – χημική σούπα, με την συνεχή παραγωγή νέων ελαφρύτερων στοιχείων, τα βαρύτερα (εκείνα με τον μεγαλύτερο αριθμό πρωτονίων στον πυρήνα τους, άρα και περισσότερο ραδιενεργά) βυθίστηκαν σιγά – σιγά στα έγκατα της Γης. Εκεί, εξακολουθούν να “βράζουν”, να μεταστοιχειώνονται και να παράγουν τεράστιες ποσότητες ενέργειας και να δημιουργούν τρομακτικές θερμοκρασίες. Πολλά εγκλωβίστηκαν στα ενδιάμεσα στρώματα, αλλά και στην επιφάνεια, καθώς η Γη κρύωσε εξωτερικά και δημιουργήθηκε ένας λεπτός στερεός φλοιός στον οποίο και αναπτύχθηκε η Ζωή.

Παρουσία της ραδιενέργειας στην επιφάνεια της Γης. Δεν υπάρχει τοποθεσία στην Γη όπου να μην υπάρχει φυσική ραδιενέργεια. Ραδιενεργά Υλικά (κυρίως Ουράνιο-238 και το Κάλιο-40) είναι φυσικά συστατικά των πετρωμάτων, του εδάφους, των ωκεανών. Χαρακτηριστικά, οι κοινοί βράχοι περιέχουν ίχνη Ουρανίου-238 και έχουν ενεργότητα 21 Bq/kg (21 Becquerel/Kilogram). 1 kg φωσφορούχο λίπασμα έχει ενεργότητα 5 χιλιάδες Bq, 1 kg μετάλλευμα ουρανίου Καναδά, 25 εκατομμύρια Bq, ενώ 1 kg μετάλλευμα ουρανίου Αυστραλίας, 500 χιλιάδες Bq. Ραδιενέργεια επίσης, κυρίως λόγω Καλίου-40, εμπεριέχει ο βαλσάτης (300 Bq/kg), ο σχιστόλιθος (800 Bq/kg), ο χαλαζίας (250 Bq/kg), η άμμος στην παραλία (100-250 Bq/kg) και γενικά όλα τα πετρώματα (70-1500 Bq/kg).

Εάν περιοριστούμε σε μία πολύ γενική εικόνα της επιφάνειας της Γης, ένας απλός μνημονικός κανόνας είναι ο εξής: ένα στρώμα γης/υπεδάφους, επιφανείας 2 m x 2 m και βάθους 40 cm (λόγω του εμπεριεχομένου Ουρανίου-235 και 238, Θορίου-232, Καλίου-40, Ραδίου-226 και Ραδονίου-222) εμφανίζει ενεργότητα (ραδιενέργεια) προσεγγιστικά 1 εκατομμύριο Becquerel (1 ΜΒ).

Φυσική Ραδιενέργεια σε πετρώματα και υλικά οικοδομών. Η ακτινοβολία η οποία εκπέμπεται από τα φυσικά ραδιενεργά υλικά στο έδαφος, διέρχεται εν μέρει από τους τοίχους των κτιρίων και επιβαρύνει τους κατοικούντες στο εσωτερικό τους. Επιπλέον, τα υλικά από τα οποία κατασκευάζονται τα κτίρια προέρχονται από το έδαφος και το υπέδαφος της γης, με αποτέλεσμα να εμπεριέχουν και αυτά ραδιενεργά στοιχεία, κυρίως Ουράνιο-238, Θόριο-232 και Κάλιο-40. Τέτοια υλικά είναι π.χ. ο γρανίτης (1200 Bq/kg), ο αμμόλιθος (450 Bq/kg), το τσιμέντο (300 Bq/kg), τα προϊόντα του γύψου (250 Bq/kg), το ξηρό σοβατοπί (110 Bq/kg), το ασβεστοκονίαμα (130 Bq/kg), το αμμοκονίαμα (400 Bq/kg), το τούβλο (800 Bq/kg), το ξύλο (3300 Bq/kg), κ.α.

Μέσες Τιμές Δόσεων από Φυσικές και Τεχνητές Πηγές Ακτινοβόλησης. Όλες οι παραπάνω πηγές συνεισφέρουν κατά ένα ποσοστό στην συνολική ετήσια επιβάρυνση του πληθυσμού της γης όπου και αν κατοικεί. Η ποσοστιαία κατανομή των διαφόρων επιβαρυντών εξαρτάται από το υψόμετρο στο οποίο ζει η άνθρωπος (όσο μεγαλύτερο το υψόμετρο τόσο μικρότερο το πάχος της ατμόσφαιρας το οποίο απορροφά την κοσμική ακτινοβολία), το είδος του υπεδάφους (ύπαρξη πετρωμάτων με προσμίξεις ραδιενεργών ορυκτών καθώς και ραδονίου), την γειτνίαση με πυρηνική βιομηχανία, κ.λ.π. Τα επίπεδα της ακτινοβολίας υπεδάφους δεν διαφέρουν σημαντικά ανά τον κόσμο και είναι της τάξης των 0,4 - 0,6 mSv/έτος (ο ακτινικός κίνδυνος είναι ισοδύναμος με 20 – 30 ακτινογραφίες θώρακος). Σημειώνεται ότι εάν ληφθούν υπ’όψιν όλες οι πηγές ακτινικής επιβάρυνσης στον Άνθρωπο (Διάστημα, Γη, Τροφές, Τεχνητές Πηγές, κ.α.) η μέση ετήσια συνολική δόση είναι 3,6 mSv (ο ακτινικός κίνδυνος είναι ισοδύναμος με 180 ακτινογραφίες θώρακος).

Περιοχές υψηλής ακτινοβολίας εδάφους. Υπάρχουν περιοχές όπου κατοικούν μεγάλοι πληθυσμοί και οι οποίες παρουσιάζουν φυσικό υπόστρωμα υψηλής ακτινοβολίας (τέτοιες απαντώνται π.χ. στην Βραζιλία, Ινδία, Κίνα) και αυτό οφείλεται στην υψηλή συγκέντρωση ραδιενεργών ορυκτών στο έδαφος και υπέδαφός τους. Ένα τέτοιο ορυκτό είναι ο μοναζίτης (monazite), εξαιρετικά μη διαλυτό ορυκτό, το οποίο απαντάται σε αμμώδη εδάφη και περιέχει Θοριο-232 καθώς και ίχνη Ραδίου 226. Χαρακτηριστικά, στην Βραζιλία, η εναπόθεση του μοναζίτη στην άμμο απαντάται σε ορισμένες από τις πολλές παραλίες της χώρας. Το επίπεδο εξωτερικής ακτινοβόλησης σε αυτές τις μαύρες αμμουδιές αντιστοιχεί σε 400 φορές το φυσικό υπόστρωμα στις Ηνωμένες Πολιτείες.

Τεχνητά ραδιονουκλίδια στο έδαφος. Υπάρχει και η ακτινική επιβάρυνση του πληθυσμού, η προερχόμενη από την τεχνητή ραδιενέργεια, παρούσα στο έδαφος. Η τεχνητή αυτή ραδιενέργεια προέκυψε από τις πυρηνικές δοκιμές και τα ατυχήματα στα πυρηνικά εργοστάσια. Οι τιμές αυτές δεν υπερβαίνουν το 0,5% και 0,6% αντίστοιχα της φυσικής ραδιενέργειας.

Στο επόμενο επιστημονικό σημείωμα, θα αναλυθεί ο “βασιλιάς” της εκλυόμενης ραδιενέργειας από τα βάθη της Γης αλλά και ο πλέον επικίνδυνος για την καθημερινότητά μας, το ραδόνιο.


Η ραδιενέργεια (ή ενεργότητα) είναι ιδιότητα ενός χημικού στοιχείου και δεν εκπέμπεται! Ενέργεια εκπέμπεται λόγω ραδιενέργειας! Τα Becquerels (Bq) μετρούν τις ραδιενεργές διασπάσεις ανά δευτερόλεπτο ή το πόσο “επιθετικό” είναι ένα ραδιενεργό υλικό και κατά συνέπεια, πόση ακτινοβολία (ενέργεια) εκπέμπει (1Bq αντιστοιχεί σε 1 ραδιενεργή διάσπαση ανά δευτερόλεπτο). Το πόση δόση ακτινοβολίας όμως θα απορροφήσει ο άνθρωπος από αυτές τις ραδιενεργές διασπάσεις είναι διαφορετικό θέμα (εξαρτάται από το είδος του ραδιενεργού υλικού και τον χρόνο ημιζωής του, το πόσο κοντά του ευρίσκεται το άτομο, κ.α.) και αποτιμάται σε milliSieverts (ή mSv). Μεγάλη έκθεση σε πολλά Bq σημαίνει υψηλή απορρόφηση mSv από το σώμα μας.

δημοσιεύτηκε αρχικά στο artinews.gr

About the Author

Κώστας Κάππας

Author

Ο Κώστας Κάππας είναι καθηγητής Ιατρικής Φυσικής - Ακτινοφυσικής του Πανεπιστημιακού Νοσοκομείου Λάρισας και του Ιατρικού Τμήματος Πανεπιστημίου Θεσσαλίας

 
Φυσική Επιστήμη - Physics Mag © 2015 - Designed by Templateism.com
Επικοινωνία: info@physicsmag.com