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. fribeiro@ird.gov.br2 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).