Comportamento dos radionuclídeos em solo

Quando um radionuclídeo, solúvel, entra em contato com o solo, ele pode apresentar trocas iônicas com compostos orgânicos ou permanece da mesma forma. O radionuclídeo necessita de um período de tempo para ocorrer às trocas iônicas no solo.

Há um coeficiente (Kd) que expressa a quantidade de radionuclídeos sorvido por unidade de peso (sólido), dividido pela quantidade de radionuclídeos dissolvido por unidade de volume de água. A unidade do Kd é ml/g.

Quando um radionuclídeo é transportado pela água, a taxa de absorção é reduzida devido à taxa de movimentação da água, sendo (a taxa de absorção= a taxa de desabsorção), e está diretamente relacionada com o Kd.

O estudo do Kd pode ser alterado se as medidas forem realizadas em campo ou laboratório, em solo e que tipo de solo, diferenças de temperatura, pH, estado físico, a forma iônica e a presença de outros íons (EISENBUD et al.,1997).

Com a movimentação da água através das diferentes formas geológicas, a absorção dos íons é prejudicada. Os íons positivos geralmente são mais absorvidos que os íons negativos, pois partículas carregadas negativamente predominam sobre a superfície do solo. Sendo que menores íons aumentam o Kd, assim são mais absorvidos do que íons maiores. A fração absorvida é geralmente inversamente proporcional ao tamanho da partícula, esta é uma das razões pela qual a argila é um absorvente eficaz (NAS/NRC, 1978).

Existem vários fatores que influenciam a fixação do radionuclídeo no solo, como a vazão das chuvas, a drenagem e a constituição do solo (EISENBUD et al.,1997).

2.1.3.9.1.1 Captação de solos

Vários elementos são considerados necessários para o crescimento e reprodução de plantas, como o hidrogênio, oxigênio, nitrogênio, fósforo, enxofre, potássio, cálcio, magnésio, ferro, manganês, zinco, cobre, molibdênio, boro e cloro. O hidrogênio, oxigênio e o carbono são provenientes da atmosfera e os restantes provem do solo. Esses elementos estão contidos nas plantas, também temos o iodo, o cobalto, urânio e o rádio, no entanto esses elementos não há nenhum conhecimento das suas funções no processo de metabolismo das plantas (EISENBUD et al.,1997).

Os radioisótopos, que estão normalmente no solo e que são utilizados no metabolismo das plantas, são absorvidos de forma independentes das propriedades

do elemento radioativo. Assim as raízes das plantas não distinguem se é o elemento radioativo ou é o seu isótopo, são incapazes de distinguir entre elementos químicos semelhantes, propriedades chamadas de congêneres.

Cada espécie de planta tem suas raízes a uma dada profundidade no solo, por exemplo, o espinafre com sua raiz a menos de 30 cm, no entanto a alfafa e raízes de aspargo com 3m ou mais de profundidade (EISENBUD et al.,1997).

2.1.3.9.1.2 Deposição foliar de radionuclídeos

As substâncias radioativas podem contaminar as plantas por deposição foliar direta. Os radionuclídeos podem estar diretamente nos locais que os animais e seres humanos se encontram, através de contaminação superficial ou podem também ser absorvidos metabolicamente pela superfície das plantas.

Além da contaminação das raízes também há a possibilidade de ocorrer contaminação através dos respingos das chuvas.

Podem ocorrer impactos dos pingos até uma altura de 40 cm. Também há uma preocupação com a ingestão de pasto pelos bovinos, pois eles consomem uma média de 0,5kg de pastagem por dia, sendo esta possível de contaminação por radionuclídeos. Possivelmente esses podem ser encontrados na produção do leite. Alguns radionuclídeos são pouco absorvidos no trato gastrointestinal.

Estudos realizados com armamento nucleares indicaram contaminação do leite o qual poderiam ser prejudicial aos seres humanos.

A contaminação superficial pode variar de acordo com as estações do ano. No inverno o crescimento das plantas é prejudicado, assim ocorre à menor absorção dos radionuclídeos pelas plantas, conseqüentemente a diminuição do pasto e a ingestão pelo bovino, resultando menos contaminação do leite. No entanto as raízes têm uma maior absorção do que as folhas, por estarem no subsolo. Estudos mostraram que os cereais são mais susceptíveis a contaminação foliar que as demais plantas. A contaminação foliar pode ser removida pelo decaimento radioativo, volatilização, lavagem através da chuva ou outros efeitos climáticos (EISENBUD et al.,1997).

2.1.3.9.1.3 Transporte de partículas

Erosão por chuvas e ventos são meios de transportes de radionuclídeos incorporados na superfície do solo (EISENBUD et all.,1997).

O mecanismo pelo qual os radionuclídeos passam do solo para a raiz, da raiz para parte comestível podem ser compreendidos através do corpo do animal, do leite, da carne, dos órgãos internos e dos ovos (EISENBUD et all.,1997).

2.1.3.9.1.4 Urânio e Tório

Um entendimento do comportamento da cadeia alimentar dos elementos da serie do urânio é importante devido a sua longa meia vida, serem alfa emissores e por persistência no meio ambiente

O urânio, por ser um elemento utilizado em usinas nucleares, seu mecanismo de transporte ecológico que governa o movimento desse elemento na cadeia alimentar é conhecido. As informações do relacionamento do animal com o solo são relativamente escassas. Embora a prática de usar fertilizantes fosforados resulte na presença de urânio na alimentação.

A quantidade de tório em soluções de nutrientes são maiores do que as encontradas no solo (EISENBUD et al.,1997).

2.1.3.9.1.5 Rádio

O Rádio é um elemento químico da família dos metais alcalinos – terrosos descoberto por Marie Curie e Pierre Curie em 1898. Emissor de partículas betas, radiações gamas e partículas alfa, sofre 3,7x1010 desintegrações por segundo. Há 25 isótopos do Rádio.

Esse é absorvido pela argila e materiais orgânicos com grande tenacidade, sendo encontrados nas raízes, grãos, feno, ração e legumes cultivados em solo que contém rejeitos contaminados por urânio (EISENBUD et al.,1997).

2.1.3.9.2 Águas subterrâneas

São águas que sem movem devido o efeito gravitacional em uma zona saturada de aqüíferos. Essas são utilizadas de várias formas, como para uso domestico agrícolas e industriais.

Nos Estados Unidos as águas subterrâneas fornecem 20% da água potável, 40% da água de irrigação, e 80% da água rural e pecuária.

No mundo há mais de 30 vezes águas subterrâneas do que água doce em lagos e rios. Os aqüíferos são raras exceções, esse tem profundidades da superfície até centenas de metros, podendo ter milhares de anos.

Os aqüíferos são formações geológicas, de reservatórios de água, onde possuem poros para ocorrer à permeabilidade da água.

Há cinco tipos de aqüíferos: sendo o livre ou freático – semi saturado, tem a base semipermeável ou impermeável; o confinado ou artesiano – é permeável confinada entre camadas semipermeável ou impermeável; poroso – armazena um grande volume de água, tem porosidade quase homogênea; fraturados ou fissurados – ocorrem onde há formações de rochas metamórficas ou ígneas, fornece volume baixo de água; e cársticos – ocorrem por rochas carbonáticas e calcárias, formando rios subterrâneos (ÁGUAS PARANÁ, 2010; CÁRSTICO, 2009).

As águas dos aqüíferos podem ser encontradas em poços, na superfície, sob lagos e rios.

O comportamento das águas nos aqüíferos tende a ser afetado por três fatores importantes, sendo: a porosidade, que é definido por porcentagem de espaço poroso ou nulo, determinando quanta água pode ser contida por unidade de volume de aqüífero; a permeabilidade, o grau que os poros estão ligados uns com os outros, sendo a taxa na qual irá fluir através do aqüífero sob uma pressão; e o gradiente hidráulico ou inclinação do aqüífero a pressão, que juntamente com a permeabilidade determina a taxa de fluxo de água (EISENBUD et al.,1997).

2.1.3.9.3 Solo de Curitiba

O solo de Curitiba representado na Figura 2.12, é formado por argila e areia (20%) sendo um solo aluvial, argila fissuradas (35%) e formações rochosas (45%).

Figura 2.12 -Solo de Curitiba Fonte: MINEROPAR (2009).

2.2 RADÔNIO (222Rn)

Descoberto em 1898 por Fredrich Ernst Dom, o Radônio teve seu nome de origem Niton, da palavra latina Nitens que significa “brilhante”.

É um gás radioativo, incolor, mas quando ele é congelado apresenta-se brilhante – fosforescente e à medida que vai descongelando fica amarelo, tornando- se vermelho/ alaranjado no ar liquido.

Indolor, insípido, um gás nobre, número atômico 86, peso atômico 222.0176, seu ponto de fusão é – 71 oC, ponto de ebulição de – 61,8 oC, com densidade de 9,73 g/l, densidade no estado solido de 4g, com gravidade especifica do estado líquido de 4,4 a – 62 oC. Tem 36 isótopos radioativos e isômeros que variam o número de massa de 198 a 228

Seus átomos são eletricamente neutros, e procede do decaimento da série do Urânio (238U).

O Radônio-222, com meia vida de 3,82 dias, ao decair emite partículas alfa resultando no elemento Polônio (218Po) e sucessivamente ocorre os decaimentos radioativos até alcançar estabilidade no Chumbo (206Pb) (MAGILL et al., 2005; TAUHATA et al., 2003; KNOLL, 1989; LEWIS et al., 2009; CLS, 1999).

Pode-se observar na Figura 2.13 o decaimento radioativo do 226Ra até a estabilidade no 206Pb:

Figura 2.13:Decaimento do Radônio Fonte: MAGILL e GALY (2005).

O Radônio é um gás encontrado em rochas, solos, minérios, sedimentos e também pode estar dissolvido nas águas. Devido à quantidade específica de Urânio em cada local e ao processo de decantação gravitacional e sendo um elemento com peso atômico elevado seu acumulo é maior próximo a superfície do solo, quando encontrado na atmosfera.

É um elemento difícil de ser removido da atmosfera porque é um gás quimicamente inerte. A concentração do radônio varia de acordo com a posição geográfica, cobertura de gelo no solo, altura do solo, fatores meteorológicos, à hora do dia e da estação do ano (MAGILL et al., 2005; TAUHATA et al., 2003; KNOLL, 1989; FROEHLICH, 2010).

A solubilidade desse gás depende das propriedades dos ambientes físicos e químicos, sendo que pode ser absorvido em partículas orgânicas e minerais, como na argila (CLS, 1999).

Pode-se observar a solubilidade do Radônio na água na Figura 2.14:

Figura 2.14 - Gráfico da solubilidade dos gases nobres em água Fonte: CLS (1999).

Há vários fatores que influencia a exalação do Radônio do solo para o ambiente, como:

Ø A umidade do solo, sendo ideal quando está úmido;

Ø O vento, que pode despressurizar o Radônio e também induzir o fluxo convectivo tanto para dentro ou para fora do solo, causando uma diminuição até uma ausência no local;

Ø A temperatura demonstrada nas Figuras 2.15 e 2.16, quando o ambiente está mais quente pode ocorrer o fluxo ascendente, e quando o solo está mais quente que o ar pode haver a diminuição da absorção desse gás;

Ø A pressão atmosférica, quando ela diminui pode emanar com mais facilidade o gás do solo;

Ø As chuvas, que podem reduzir a exalação do Radônio-222 no ar e aumentar sua concentração nas profundezas do solo;

Ø A estação do ano demonstrada na Figura 2.17, no inverno há um aumento da concentração e no verão uma diminuição;

Ø Os ambientes, internos e externos, Figura 2.18, modificam de acordo com o horário (LEWIS e HOULE, 2009).

Figura2.15 - Gráfico da variação da concentração de Radônio no solo durante o dia e a noite

Figura 2.16 - Gráfico da variação da concentração de Radônio durante o dia Fonte: TAUHATA et al. (2003).

F

Figura 2.17 - Gráfico da variação da concentração de Radônio durante o ano Fonte: TAUHATA et al. (2003).

Figura 2.18 - Gráfico da variação da concentração de Radônio em ambientes internos e externos

Fonte: TAUHATA et al. (2003).

O Radônio – 222 é gerado através do decaimento de partículas alfa do Radio – 226, quando isso ocorre pode haver deslocamentos de dezenas de nanômetros dos átomos do gás nas partículas do solo, e fazer com que o Radônio- 222 mais próximo da superfície emane pelos poros. Essa emanação do solo para atmosfera depende da superfície, das partículas e da distribuição granulométrica do solo (FROEHLICH, 2010).

A difusão molecular é o transporte do Radônio-222 dos poros do solo até a superfície escapando para atmosfera. A quantidade desse gás depende do acumulo do 226Ra no solo, e como esse elemento é menor nos oceanos conclui-se que a concentração de 222Rn em águas superficiais desses são menores, assim não é um bom local para realizar medidas desse gás (FROEHLICH, 2010).

O coeficiente de difusão do Radônio-222 no sólido é aproximadamente 10-7 para o ar, sendo que somente partículas formadas próximas da superfície do solo irão para atmosfera.

Também há uma dependência na presença de água nos espaços intersticiais dos poros para que ocorra a transferência de 222Rn dos minerais para o solo, sendo que se houver uma grande quantidade de água o processo de difusão não ocorre.

Para que se calcule o processo de difusão e viscosidade de acordo com a teoria cinéticas dos gases utiliza a equação (19):

Jd= - D (dC/dz) (19)

Onde Jd é a densidade de difusão, D o coeficiente de difusão em massa e C é a concentração de Radônio-222 no espaço intersticial.

A estimativa da quantidade de rádio no solo é cerca de 1g para cada quilometro quadrado em seis polegadas de profundidade, assim como o rádio é o pai do Radônio, obtêm-se a liberação desse gás (LEWIS e HOULE, 2009).

A concentração de Radônio no ar atmosférico pode varias entre 0,003 a 0,018 Bq/L em vários locais na Terra, variando conforme os itens já mencionados anteriormente. Esse gás pode muitas vezes ser liberado para o ambiente pela escavação do solo, como também em minas subterrâneas na extração de minérios.

A extração do Urânio para as indústrias como as nucleares levam no processo da moagem a produção do Radônio para o ambiente através do vento e da água (FROEHLICH, 2010).

Podemos encontrar o Radônio-222 dissolvido em águas subterrâneas, como em poços artesianos. Essas águas muitas vezes são utilizadas pelas pessoas para diversas atividades como lavar roupa, limpeza doméstica, cozinhar, tomar banho, (sendo a principal exposição a curto prazo), e até mesmo ao consumo, assim durante o manuseio e a utilização dessas águas pode ocorrer à inalação e ingestão desse gás, e desta forma causar danos nas células, levando ao câncer (EPA, 1999; CLS, 1999).

A concentração de Radônio em águas superficiais, como encontrado nos lagos, rios e reservatórios, não são preocupantes. Possívelmente esse gás já tenha sido liberado para o ar quando essas águas chegarem às residências (EPA, 1999).

O Radônio tem a permeabilidade para emanar dos solos e ser inalado, assim entra pelas narinas, e rapidamente estará nos pulmões, desse modo ao decair emite partículas alfa, danificando, causando mutação, transformação e istabilidade genética, alterações cromossômicas, danos irreversíveis as células pulmonares do sistema respiratório e causando câncer (EPA, 2003; EPA, 1999).

A letalidade das células esféricas, atingidas pela partícula alfa corresponde cerca de 1,2 a 1,5 partículas alfa por núcleos celulares, em células achatadas a faixa pode aumentar para 15 ou mais partículas alfa por núcleos celulares. O prejuízo maior não está nas células mortas pela partícula alfa e sim aquelas que foram afetadas, causando irregularidades genéticas (CLS, 1999).

Na Figura 2.19 pode-se observar o fluxograma onde as partículas alfa causam danos às células, ocorrendo à quebra do DNA, a ativação da proteína p53, havendo um atraso no ciclo celular, inativação de genes, rearranjos, amplificações e instabilidade genética, mutações, perda das funções, perda de heterozigosidade, assim produzindo células heterogênicas e desenvolvendo células malignas (CLS, 1999):

Figura 2.19 - Fluxograma da célula afetada pela partícula alfa Fonte: CLS (1999).

O dano mais importante causado no DNA é a quebra das fitas duplas, sendo que em poucas horas há a reconstituição, mas com alterações, resíduos, danos genéticos.

Há evidencias que o câncer pulmonar é de origem monocelular, sendo que a mutação pode ocorrer em apenas uma célula afetada, sendo improvável que uma célula seja atingida por mais de uma partícula alfa (EPA, 2003).

As partículas alfas emitidas durante o decaimento radioativo do radônio não ultrapassa as células do tecido epitelial das vias aéreas brônquicas, no entanto os produtos de decaimento conseguem ultrapassar 20 a 30 mm das células alvo na região brônquica, assim com uma grande probabilidade de colidir com o núcleo dessas células alvo (CLS, 1999).

A Tabela 2.6 mostra dados referentes à exposição de Radônio ao pulmão:

Tabela 2.6: Tabela modificada, sobre a dose equivalente - exposição do Rn222 Órgão mSv y-1por Bq L-6 Referência

Todo pulmão 7x10-6 ICRP (1981)

Superfície brônquica 5x10-6 NCRP (1975) Fonte: (CLS, 1999).

Alguns parâmetros influenciam na dose recebida pela pessoa durante a exposição do radônio, sendo: a freqüência da respiração; espessura da mucosa; a taxa mucociliar; a localização das células alvo do pulmão e o tamanho da partícula aerossol inalada (CLS, 1999; EPA, 2003).

As pessoas podem ser expostas ao Radônio-222 também pela água, ao ser ingerida pelo aparelho digestivo. As células mais afetadas são as células-tronco e as que estiverem em proliferação (as que mantêm a capacidade de divisão continua) na garganta e na parede do estômago, principalmente as células que constituem as glândulas secretoras, e ao percorrer o trajeto digestivo o gás é absorvido pelo intestino delgado, permanecendo em media de 15 a 20 minutos, também ocorrendo prejuízo nas células dessa região. O Radônio ingerido é eliminado em grande parte dentro de uma hora após a ingestão (EPA, 1999; EPA, 2003).

Há riscos de contaminação por Radônio quando inalado ou ingerido, assim em 1994 a EPA relatou que a quantidade do consumo da água potável deve ser um item a ser estudado (EPA, 2003; EPA, 2009).

A água potável, proveniente do subsolo, ao ser ingerida com Radônio difunde-se na parede do estômago e é interceptado pela mucosa e estrutura vascular desse órgão. Antes que as partículas alfa atinjam uma maior profundidade, o tecido que reveste internamente esse órgão absorve o gás. O Radônio sendo pouco solúvel em tecidos do corpo, penetra na corrente sanguínea e segue até o fígado e outros órgãos do corpo humano, podendo afetar as células e causar câncer (EPA, 1999; EPA, 2003).

A EPA relata que 168 mortes causadas por câncer relacionando água com o Radônio, 89% são de câncer de pulmão e 11% de câncer de estomago. Assim é recomendo que se o valor do nível de Radônio for igual ou acima de 14,8x1010/L, medidas de mitigação devem ser iniciadas para a redução desse valor (EPA, 1999; EPA, 2009).

A United States Environmental Protection Agency estabeleceu limites de 11,1 Bq/l para níveis de Radônio nas águas potáveis (USEPA,1999).

A Figura 2.20 mostra estimativas de mortes relacionadas com Radônio e outras causas no EUA:

Figura 2.20 - Gráfico da estimativa de morte por ano relacionado com Radônio e outras causas.

Fonte: EPA (2009).

Níveis abaixo de 14,8x1010Bq/L podem causar riscos à saúde. Contudo esse gás pode causar milhares de morte por câncer pulmonar no E.U.A. por ano (EPA, 2009).

O Radônio ao ser inalado prejudica principalmente o pulmão, mas ao ser transportado pela via sanguínea afeta outros órgãos.

Segundo a publicação no Diário Oficial da União (D.O.U.) realizado pela Agência Nacional de Vigilância Sanitária (ANVISA) em 1945 na Ementa do Código de Águas Minerais, as águas se encontram radioativa quando tiverem concentração de radônio, com temperatura de 20 0C e pressão de 760 mmHg: entre cinco e dez unidades Mache por litro (67,272 Bq/l e 134,545 Bq/l) fracamente radioativa; quando estiver entre dez a cinqüenta unidades Mache por litro (134,545 Bq/l e 672,725 Bq/l) radioativa e acima de cinqüenta unidade Mache por litro (672,725 Bq/l) fortemente radioativa (ANVISA, 1945).

Quando o 222Rn evaza do subsolo, normalmente fica alojado no interior das construções como em residências, escolas, escritórios e edifícios. Sendo um gás que provem do Urânio, pode ser encontrado também em materiais da construção civil (EPA, 1999).

Em 1991 a EPA considerou referências limites as concentrações de radônio na água como 11 Bq/L ou 300 pCi/L. (CLS, 1999).

Estudos realizados pela Agencia de Proteção Ambiental (EPA), demonstram que em 1995 na Espanha (ES) e na Nova Escócia (NS) ocorreram 157.400 mortes por câncer de pulmão e que 21.100, sendo 13,4%, estão relacionadas com o Radônio(EPA, 2003).

Nos EUA cerca 20.000 mortes são relacionadas com a inalação do Radônio- 222 (EPA, 1999).

A incidência de câncer de pulmão relacionado com o Radônio diferencia: com o local; tempo de exposição; idade; sexo e tabagismo (NAS, 1999).

Não há dados conclusivos se as crianças expostas a esse gás têm maiores riscos do que os adultos (EPA, 2009).

Pessoas fumantes e expostas a esse gás apresentam maiores incidências de apresentar essa patologia, pois as células já danificadas pelas substâncias cancerígenas da fumaça do cigarro ficam mais frágeis, vulneráveis a interceptação das partículas alfa durante o decaimento radioativo do Radônio. (EPA, 2003; NAS, 1999; EPA, 1999; CLS, 1999; EPA, 2009).

A Tabela 2.7 e 2.8 mostra estimativas de câncer pulmonar:

Tabela 2.7 - Estimativa de câncer pulmonar em 1995 GENERO Categoria de _Fumantes

Número de Mortes por Câncer de Pulmão em 1995 Fração devido ao Radônio Número de Mortes Provocadas pelo Radônio em 1995 Feminino ESPANHA 90.600 0.129 11.700 NOVA ESCÓCIA 4.800 0.279 1.300 ESPANHA e NOVA ESCÓCIA 95.400 0.136 13.000 Masculino ESPANHA 55.800 0.116 6.500 NOVA ESCÓCIA 6.200 0.252 1.600 ESPANHA e NOVA ESCÓCIA 62.000 0.131 8.100 Feminino e Masculino ESPANHA 146.400 0.124 18.200 NOVA ESCÓCIA 11.000 0.263 2.900 ESPANHA e NOVA ESCÓCIA 157.400 0.134 21.100 Fonte: (EPA, 2003).

Tabela 2.8 - Estimativa de risco de morte por câncer de pulmão NÍVEL DE

RADÔNIO (pCi/L)

RISCO DE MORTE POR CÂNCER DE PULMÃO DEVIDO A EXPOSIÇÃO DE RADÔNIO EM CASAS

NUNCA TER

FUMADO FUMANTES ATUAIS POPULAÇAÕ EM GERAL

20 3.6% 26.3% 10.5% 10 1.8% 15.0% 5.6% 8 1.5% 12.0% 4.5% 4 0.7% 6.2% 2.3% 2 0.4% 3.2% 1.2% 1.25 0.2% 2.0% 0.7% 04 0.1% 0.6% 0.2% Fonte: (EPA, 2003).

Há um aumento no risco de câncer pulmonar quando relaciona o Radônio com os trabalhadores de subsolo, a EPA (2003) relata que em 27.000 pessoas com câncer de pulmão, 68.000 eram mineradores.

A IARC, Agência Internacional para Pesquisas sobre o Câncer, classificou o radônio como um carcinogênico humano. Estimativas apresentadas pela Agencia Nacional de Ciência (NAS) relatam que a cada quatro mortes por câncer de pulmão, uma é devido à inalação do radônio (NAS, 1999).

A NAS (1999) relata que 4% dos casos de óbito por câncer de pulmão, são