Mapeamento do potencial de 220Rn e 222Rn no
interior de imóveis no arquipélago de Fernando de
Noronha – PE, Brasil.
Fernando Carlos Araujo Ribeiro1, Dejanira da Costa Lauria1, Wanderson de O. Sousa1, Fernanda G. da Cunha2
1Instituto de Radioproteção e Dosimetria (IRD/CNEN). Av. Salvador Allende, s/n, Rio de Janeiro, RJ 22780-160. [email protected] Companhia de Pesquisa de Recursos Minerais (CPRM). Av. Pasteur, 404, Rio de Janeiro, RJ 22292–040.
Introdução
20 km2 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 (222Rn) e torônio (220Rn) no interior das residências da ilha de
Fernando de Noronha, através das concentrações de 226Ra e 228Ra 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 o226Ra, 228Ra 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 226Ra (pela média dos
valores de 214Pb e 214Bi) e 228Ra (pela concentração de 228Ac).
Sistema web GeoRAD: http://georad.ird.gov.br.
Com concentrações de atividades de 226Ra e 228Ra foram calculadas as taxas de exalação de 222Rn e 220Rn e as concentrações potenciais no ar, no interior dos imóveis da ilha principal, considerando
características da casa padrão brasileira (Rosa, 1997).
E = CRa . Cem. λ . ρ . d Equação 1, Chen et al., ( 2010).
Onde:
E = taxa de exalação (Bq.m-².s-1),
CRa = concentração de 226Ra ou 228Ra na amostra,
Cem = coeficiente de emanação (adimensional),
λ é a constante de decaimento (220Rn = 1,28.10-2 s-1, 222Rn = 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 (Cem) dos isótopos de Rn foram encontrados em
UNSCEAR (2008), respectivamente 0,16 para 220Rn e 0,2 para 222Rn.
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 222Rn e 220Rn é de até 2 metros, considerando-se
ainda a emanação dos isótopos de radônio e o decaimento radioativo.
Profundidade (cm)Dose mSv.a-1
222Rn 220Rn
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
Tabela. Relação entre dose potencial devido ao 222Rn com a espessura do solo.
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 m2 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.).
Concentração226Ra 228Ra
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
Resultados e Discussão
Distribuição de 226Ra e 228Ra
Tabela 1. Valores mínimos, máximos e média de concentração de atividade de 226Ra e 228Ra
nas amostras de solo (n=69) do arquipélago de Fernando de Noronha.
Distribuição normal
Formação Quixaba:
Concentração de atividade no solos praticamente homogênea.
A menor concentração de 226Ra e 228Ra 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.
Figura 2. Distribuição de concentração de atividade
de 226Ra e 228Ra nos solos do arquipélago de
Fernando de Noronha.
226Ra
228Ra
Concentração de 226Ra é menor que a concentração de 228Ra
Solos brasileiros: concentração de 232Th maior que a de 238U.
Exceções: amostras coletadas sobre os arenitos e fosfatos da Ilha Rata e Ilha do Meio
Afinidade do 238U pelo fosfato de origem biológica (guano).
As concentrações de atividade de 226Ra e 228Ra são as maiores encontradas em todo o arquipélago e o
mesmo ocorrendo com 220Rn e 222Rn.
Comparação de médias:
Local 226Ra 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 226Ra e entre 47 e 67 Bq.kg-1
228Ra)
Concentrações média próximas ao relatado para 226Ra em Tenerife, EUA e Rio de Janeiro, acima do
reportado no Camarões e Rio Grande do Norte.
228Ra próximo ao reportado por Lauria et al.(2009) para solos do Rio de Janeiro. – 70 Bq.kg-1
Formação Remédios:
As maiores atividades de 226Ra e 228Ra (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 222Rn e 220Rn
Concentração potencial (Bq.m-3) Dose efetiva anual potencial (mSv.a-1)
222Rn 220Rn 222Rn 220Rn
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
Tabela 2. Concentração potencial nos solos e doses anuais potenciais de 220Rn e 222Rn no interior de imóveis do arquipélago de Fernando de Noronha.
Refletem resultados para os isótopos de rádio.Maior concentração de 232Th do que 238U, 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 222Rn excetuando as amostras onde a concentração de rádio está elevada (fosfato e Atalaia)
Para o 220Rn, 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 222Rn.
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.
222Rn 220Rn
Radônio e o torônio:
Diferença? Decaimento do 238U e 232Th, respectivamente),
3,82 dias para 222Rn e 54,5 segundos para o 220Rn.
Maioria dos estudos de dose não considera a contribuição do 220Rn, 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 222Rn e 220Rn 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).