ZAGROŻENIA I SKUTKI PROMIENIOTWÓRCZEGO SKAŻENIA WODY

ENVIRONMENTAL HAZARDS DUE TO RADIOACTIVE CONTAMINATION OF WATER

Andrzej Pawuła

Uniwersytet im. A. Mickiewicza w Poznaniu, Instytut Geologii

(Ochrona Środowiska 3 (58), 23 - 28, Wrocław)

Streszczenie

W artykule scharakteryzowano źródła, formy oraz skutki biologiczne promieniowania jonizującego. Wykazano, że obok skażeń promieniotwórczych ze źródeł sztucznych istotny wpływ na środowisko człowieka wywierają radionuklidy pochodzenia geologicznego, których koncentracja w dużym stopniu zależy od działalności gospodarczej. Dawka promieniowania jonizującego wzrosła dwukrotnie w ciągu ostatnich 30 lat i wynosi średnio 3,6 mSv/a. Według obowiązujących norm Międzynarodowej Komisji Ochrony Radiologicznej (CIPR-ICRP) najwyższa dawka genetyczna nie powinna przekroczyć 50 mSv w ciągu 30 lat, co równa się średniej 1,67 mSv/a. Jeśli człowiek narażony jest na napromieniowanie w krótszym okresie czasu, dopuszczalna jest dawka 5 mSv/a. Według zaleceń WHO dawka promieniowania, wynikająca ze skażenia wody pitnej, nie powinna przekraczać 0,1 mSv/a. Wstępnym kryterium radiologicznym przydatności wody do picia jest ogólna aktywność alfa poniżej 0,1 Bq/l i ogólna aktywność beta poniżej 0,1 Bq/l. Podane przykłady świadczą o zagrożeniu radiologicznym ujęć, których źródłem zasilania jest woda rzeczna. Jako środek zaradczy proponuje się wykorzystanie ujęć wód podziemnych o gwarantowanej jakości i wprowadzenie bardziej oszczędnego systemu dystrybucji wody pitnej.

Summary

This article describes the sources, species and biological effects of the ionised radiation. It demonstrates geological, cosmic and artifice's activity radiation of sources in the environment of human. The natural nuclides are depend on the economical activity. The dose of the ionised radiation has developed twofold in the last period of 30 years and its amount is 3,6 mSv/a. After ICRP amount of maximal genetic doses is 50 mSv by 30 years, therefore average is 1,67 mSv/a. In case radiation during by the short period, admissible dose is the 5 mSv/a. The guideline levels for radioactivity in drinking-water recommended by World Health Organisation is the effective dose 0,1 mSv from 1 year's consumption. Preliminary radiological criterion for drinking-water is gross alpha radioactivity   0,1 Bq/l or is gross beta radioactivity   0,1 Bq/l. The presented examples are the prove of radiological menace for water-intakes in the river valleys. It proposes the ground-water intakes with quality water and application of the economy system for drinking-water distribution as the preventive remedies.

Uwagi wstępne

Mimo iż często mówi się o skażeniach promieniotwórczych, na ogół mało znane są formy tych skażeń i skutki wywierane na środowisko człowieka, na ich rolę w etiologii tak zwanych chorób cywilizacyjnych. Eksplozja reaktora jadrowego w Czernobylu i sygnalizowane skażenie środowiska spowodowaly chwilowy niepokój w społeczeństwie i alert wśród ekologów.  Mało znane są natomiast informacje o skażeniach z lat 50-tych i 60-tych, których ślady w dalszym ciągu są obecne na powierzchni ziemi. Nie istnieje równiez świadomośc   zagrożenia ze strony innych źródeł promieniowania. Zjawisko samouspokojenia i bagatelizowanie zagrożenia można wytłumaczyć samoobroną umysłu ludzkiego przed stresem. Samouspokojenie społeczeństwa powoduja także falszywe stereotypy, takie jak "możliwośc przystosowania się organizmów do istniejących skażeń" a także stosowanie subtelnych określeń semantycznych do klasyfikacji skażeń promieniotwórczych "skażenia deterministyczne i stochastyczne". Do braku świadomości zagrożenia przyczyniła się zapewne polityka informacyjna ubieglych dziesięcioleci, czego wyrazem jest klauzula na publikacjach z lat 60-tych i 70-tych, o zagrożeniach promieniotwórczych: "do użytku służbowego, bez prawa przedruku w publikacjach jawnych" [1, 2]. Powstał więc paradoks, że obok profesjonalnych i kompetentnych opracowań z dziedziny radiologii i radiobiologii istnieje dość rozpowszechniona ignorancja w odniesieniu do zagrożeń radiologicznych. Na ogół nie stosuje się kryterium radiologicznego ani w opracowaniach stref ochronnych ujęć wody ani w ocenie przydatności wody do picia (vide dyskusja o Projekcie Rozporządzenia Ministra Zdrowia i Opieki Społecznej w sprawie wymagań, jakim powinna odpowiadać woda do picia i na potrzeby gospodarcze. Ochrona Środowiska, 1994, nr3-4, s.5). W związku z powyższym nie są także rozważane w technologiach uzdatniania wody metody usuwania pierwiastków promieniotwórczych. Pozytywnym wyjątkiem są wytyczne Państwowej Inspekcji Ochrony Środowiska dla potrzeb monitoringu wód podziemnych, w których uwzględnia się wskaźniki radioaktywności [3].

Pochodzenie i własności radionuklidów

W środowisku naturalnym źródłem promieniowania są radionuklidy pochodzenia geologicznego i pochodzące z transmutacji izotopów stabilnych pod wpływem promieniowania kosmicznego oraz radionuklidy pochodzące ze źródeł sztucznych.

Pierwiastki promieniotwórcze pochodzenia geologicznego to przede wszystkim radionuklidy z trzech szeregów promieniotwórczych: uranowo-radowego, torowego i uranowo-aktynowego. Radionuklidami pierwotnymi w tych szeregach to uran-238, tor-232 oraz uran-235. Pochodnymi uranu-238 są m.in. uran-234, tor-230, rad-226, radon-222, polon-210, wszystkie emitujące promieniowanie typu alfa oraz wtórne promieniowanie gamma. Produktem rozpadu uranu-238 jest także promieniotwórczy ołów-210, emitujący promieniowanie beta. W szeregu torowym występuje m.in. niebezpieczny dla środowiska tor-228 i rad-224, oba emitory cząstek alfa. Natomiast w szeregu uranowo-aktynowego występują m.in. protaktyn Pa-231 i radioaktyn Th-227 emitujące promieniowanie alfa oraz aktyn Ac-227 emitor promieniowania beta. Spoza wymienionych radionuklidów ciężkich istotną rolę w środowisku naturalnym odgrywa potas K-40, mający równiez pochodzenie geologiczne, emitujący promieniowanie beta. Określenie wyżej wymienionych radionuklidów jako pochodzenia naturalnego nie oznacza, że skutki emitowanego przez nie promieniowania należy uznawać za naturalne. Na obecność tych pierwiastków w środowisku człowieka ma istotny wpływ działalność gospodarcza. Eksploatacja i użytkowanie surowców mineralnych, węgla oraz ropy naftowej i gazu ziemnego, zawierających śladowe ilości pierwiastków promieniotwórczych, powoduje wzrost ich koncentracji w środowisku człowieka [4].

Do grupy pierwiastków pochodzenia naturalnego, powstających w wyniku oddziaływania promieniowania kosmicznego należą, m.in.: węgiel C-14 i tryt H-3. Znaczna ilość tych radionuklidów pojawiła się dodatkowo na powierzchni ziemi, w wyniku eksplozji nuklearnych w atmosferze.

Skażenie środowiska izotopami radioaktywnymi pojawiło się już w latach 50-tych, jako konsekwencja doświadczeń z bronią atomową w atmosferze. Spośród około 200 izotopów promieniotwórczych, które spowodowały wówczas skażenie powierzchni terenu, największe zagrożenie powodował stront Sr-90, cez Cs-137 i jod J-131. Na początku lat 60-tych wystąpiło na obszarze Europy środkowej maksimum skażenia promieniotwórczego. W roku 1963 koncentracja trytu w wodach opadowych przekroczyła 3000 jednostek trytowych (TU), co stanowiło 40-krotny wzrost w stosunku do 75 TU w roku 1961 [5]. Wpływ tego skażenia zaobserwowano w wodach podziemnych. W trakcie badań hydrogeochemicznych na obszarze Wielkopolski w  roku 1974, stwierdzono w przypowierzchniowym poziomie wód podziemnych koncentracje trytu do 170 TU. Zasięg strefy podwyższonych ilości trytu sięgał do głebokości około 50 m [6].

Problem zagrożenia radiologicznego wód podziemnych odżył ponownie w roku 1986, po katastrofie elektrowni atomowej w Czernobylu. Ocenia się, że w wyniku pożaru i eksplozji reaktora jądrowego do atmosfery dostało się ponad 20 izotopów promieniotwórczych, głównie jodu-131, strontu-89, -90, -91 oraz cezu-134 i cezu-137. Zawartość radionuklidów o długoletnim oddziaływaniu na środowisko, wynosiła w Polsce w roku 1986, w sumarycznym rocznym opadzie atmosferycznym: cezu-134: 753 Bq/m2 , cezu -137: 1511 Bq/m2 i strontu-90: 22 Bq/m2 [7]. Pomiary skażenia powierzchni terenu promieniotwórczymi izotopami cezu-134 i cezu-137 wykonane w latach 1992-1993, a więc 6 lat po katastrofie, wykazały że średnia koncentracja tych izotopów na obszarze kraju wynosi jeszcze 4 670 Bq/m2. Do najbardziej skażonych terenów należy obszar województwa opolskiego (średnia 16 600 Bq/m2) a zwłaszcza rejon miasta Nysa, gdzie stwierdzono skażenie cezem w wysokości 100 000 Bq/m2. Poza Śląskiem Opolskim do najbardziej dotkniętych promieniotwórczym cezem należy województwo ostrołęckie (8 300 Bq/m2) i województwo częstochowskie (7 600 Bq/m2) [8].

Promieniowanie jonizujące jest praktycznie niewyczuwalne, nie ma smaku i zapachu. Działanie jonizacyjne, związane z przemianami jądrowymi pierwiastków promieniotwórczych, polega na wywołaniu zaburzeń elektrycznych w atomach ośrodka napromieniowanego. Zaburzenia te powodują przekształcenie obojętnego elektrycznie atomu do postaci jonu o ładunku elektrycznym dodatnim bądź ujęmnym. Promieniowanie jonizujące może być typu korpuskularnego (alfa, beta, neutrony i inne cząstki elementarne) lub typu elektromagnetycznego (promienie gamma i rentgena).

Promieniowanie alfa to powstałe, w wyniku rozpadu jąder pierwiastka promieniotwórczego, naładowane dodatnio jądra atomu helu. Energia cząstek alfa wyrzucanych z prędkością ok.20 tys. km/s, zanika w odległości kilku centymetrów jeśli jest to powietrze, lub w odległości ułamka milimetra w przypadku tkanki ludzkiej. Cząstki alfa są szczególnie niebezpieczne dla człowieka, jeśli zostaną skonsumowane i wnikną w strukturę tkanek i komórek.

Promieniowanie beta (lub ściślej beta -) to elektrony pierwotne wyrzucane przez radionuklid z prędkością zbliżoną do prędkości światła. Cząstki beta o większej energii mają w powietrzu zasięg do kilku metrów, naruszając strukturę napotkanego atomu nadają mu ładunek ujęmny. Promieniowanie beta o niższej energii powodowane jest przez elektrony wtórne. Przemiana promieniotwórcza polegająca na wychwytywaniu elektronu nosi nazwe promieniowania K lub beta +.

Promieniowanie neutronowe, mimo że neutrony nie posiadają ładunku elektrycznego, wywołuje zaburzenia materii ze względu na masę i prędkość cząstki (masa jądra wodoru). W przypadku kolizji z atomem materii, neutrony mając dużą energię kinetyczną, przenikają do jądra napotkanego atomu gdzie wywołują promieniowanie elektromagnetyczne. Neutron może także powodować jonizację napotkanego atomu, przez oderwanie elektronów z jego orbity.

Efekt działania promieniowania elektromagnetycznego (promienie rentgena, promienie gamma) polega na jonizacji przez elektrony wtórne, które zachowują się jak promieniowanie beta. Jonizacja materii może powstać wskutek trzech procesów: absorpcji fotoelektrycznej, zjawiska Comptona oraz produkcji par jonów.

W przypadku działania promieniowania elektromagnetycznego na wodę, która wchodzi w skład struktur organicznych, powstają wolne rodniki. Posiadając nadmiar energii rodniki oraz jony, łatwo wchodzą w reakcje chemiczne z cząsteczkami układu biologicznego.

Skutki biologiczne promieniowania jonizującego

Promieniowanie jonizujące i powstałe pod ich wpływem wolne rodniki, powodują w organiźmie zaburzenia procesów fizjologicznych. Jeśli wolne rodniki wnikną do wnętrza komórki to pewne enzymy komórkowe pod ich wpływem ulegają inaktywacji, co powoduje zahamowanie funkcji życiowych komórki [2, 9].

W zależności od właściwości chemicznych radionuklidu i czasu jego działania na człowieka, oddziaływanie promieniowania jonizującego ujawnia się w postaci uszkodzeń somatycznych lub mutacji genetycznych. Do uszkodzeń somatycznych zalicza się białaczkę, uszkodzenia skóry, zmiany przedrakowe, nowotwory, zaćmę, skrócenie długości życia oraz opóźnienie wzrostu i opóźnienie rozwoju. Proces jonizacji w żywej komórce przebiega odmiennie w cytoplazmie i jądrze komórkowym, dwóch zasadniczych składnikach komórki [9]. Poszczególne substancje, wchodzące w skład cytoplazmy, składają się z wielkiej liczby takich samych cząsteczek. Dopiero uszkodzenie większej ilości tych cząsteczek wywołuje dostrzegalne zaburzenia w cytoplazmie, ponieważ funkcje uszkodzonych cząsteczek przejmują cząsteczki zdrowe. Natomiast w jądrze komórkowym, które się składa z substancji chromatynowej (kwasy nukleinowe) zawierającej kod genetyczny, znacznie mniejsza ilośc energii promienistej może spowodować zmiany mutagenne. Promienioczułośc jądra komórkowego jest więc znacznie wyższa niż cytoplazmy. Zaburzenia somatyczne prowadzą do zmian nowotworowych w organiźmie. Proces kancerogenezy przebiega w kilku fazach [10]:

- faza indukcyjna trwajaca od 15 do 30 lat, w 3/4 zależna od oddziaływania czynników kancerogennych środowiska a w 1/4 od odziedziczonych predyspozycji genetycznych;

- faza in situ, objawiająca się pojawieniem guzów niezłośliwych, trwa od 5 do 10 lat;

- faza inwazyjna (1 do 5 lat), charakteryzuje się pojawieniem komórek złośliwych, wytwarzających substancje rozpuszczające okoliczne tkanki;

- faza rozsiewu (1 do 5 lat), objawia się wędrówką komórek złośliwych naczyniami limfatycznymi i tworzeniem nowych ognisk przerzutu.

U ludzi obciążonych predyspozycją nowotworowa pierwszy defekt genowy pojawia się już w zapłodnionej komórce jajowej i przekazywany jest wszystkim komórkom potomnym tworzącym tkanki i narządy rozwijającego się organizmu.

Do grupy pierwiastków promieniotwórczych o największej toksyczności należą przede wszystkim ciężkie radionuklidy szeregów: uranowo-radowego, torowego i aktynowo-uranowego. Do grupy radionuklidów silnie toksycznych zaliczany jest również stront Sr-90, emiter cząstek beta o półokresie zaniku 28 lat, pochodzący ze skażeń atmosferycznych ostatnich dziesięcioleci. Po katastrofie czernobylskiej środowisko naturalne, w tym także wody powierzchniowe, zostały skażone m.in. promieniotwórczymi izotopami jodu-131 oraz cezu-134 i cezu-137, o radioaktywności gamma i beta.

Poszczególne radionuklidy wykazują w organiźmie różną podatność do koncentracji. Rad-226 koncentruje się w kościach i praktycznie nie jest wydalany na zewnątrz, jego ilość w kościach wzrasta z wiekiem. W związku z tą właściwością kumulacji, rad jest zaliczany do radionuklidów osteoporowych. Produktem rozpadu radu-226 jest radon-222, gaz szlachetny emitujący cząstki alfa. Szczególnie toksyczne są produkty rozpadu radonu: ołów-210, emitujący cząstki beta  i polon-210, emitor cząstek alfa, które mają dłuższy okres półzaniku. Badania przeprowadzone we Francji wskazują na korelację między podwyższonymi ilościami radonu a zachorowalnością na białaczkę, statystyki wykazały że radon jest odpowiedzialny za 27% zgonów spowodowanych białaczką szpiku kostnego [11]. Do radionuklidów osteoporowych zaliczany jest również stront-90. Kumulowany w kościach może prowokować martwicę aseptyczną. Radioaktywny cez koncentruje się natomiast w tkance mięśniowej, nerkach, płucach, wątrobie, sercu, gonadach, jak również w tkance kostnej u dzieci. Jedna dziesiąta część skonsumowanego cezu jest wydalana w ciągu 2 dni, pozostała część jest wydalana stopniowo w ciągu około 110 dni. Poważniejsze konsekwencje wynikają w przypadku inkorporowanych radionuklidów o działaniu kumulatywnym, które przemieszczając się z krwioobiegiem lokalizują się w tkance nerwowej i mogą powodować uszkodzenia ośrodkowego układu nerwowego. Niewykluczone, że jedną z konsekwencji kumulatywnego działania niskich dawek promieniowania jest choroba o nierozpoznanej etiologii ujawniająca się z wiekiem, choroba Alzheimera. Według przeprowadzonych badań statystycznych około 20 mln. ludzi na świecie dotkniętych jest tą chorobą. Zapada na nią 10% osób w wieku ponad 65 lat i 20% w wieku ponad 80 lat [12]. Potwierdzenie powyższych obaw stanowi światowa statystyka zachorowań na nowotwory i zaobserwowany charakterystyczny zespół chorób nowotworowych u dzieci [10]. Autorka podaje, że corocznie notuje się na świecie około 6 mln. nowych przypadków raka. Ryzyko powstania nowotworu złośliwego wrasta z wiekiem, za wyjątkiem białaczek i nowotworów ośrodkowego układu nerwowego, które są częstsze u dzieci.

Stopień zagrożenia ze strony absorbowanego radionuklidu określa efektywny równoważnik dawki promieniowania, wyrażony w siwertach (Sv) (vide Appendix. Jednostki promieniowania jonizującego). Wielkość inkorporowanej dawki zależy od ilości rozpadów promieniotwórczych wyrażonej w bekerelach (Bq), energii rozpadu, rodzaju promieniowania i ogólnej masy ciała lub masy organu krytycznego. Jako krytyczny określa się organ szczególnie narażony na kumulację danego radionuklidu. W tabeli 1 przedstawiono współczynniki konwersji Sv/Bq oraz efektywne równoważniki dawki promieniowania, odpowiadające inkorporacji 100 Bq danego radionuklidu. Nuklidy zostały uszeregowane według wzrastającej radiotoksyczności.

Tabela 1.Dawki promieniowania jonizującego pochodzące od inkorporowanego radionuklidu

Radionuklid

Współczynnik konwersji dawki

(osoba dorosła) */

Efektywny równoważnik dawki 100 Bq **/

Radionuklid

Współczynnik konwersji dawki

(osoba dorosła) */

Efektywny równoważnik dawki 100 Bq **/

 

Sv/Bq

mSv

 

Sv/Bq

mSv

tryt H-3

1,8 10-11

0,0000018

uran U-234

3,9 10-8

0,0039

wegiel C-14

5,6 10-10

0,000056

rad Ra-224

8,0 10-8

0,008

kobalt Co-60

7,2 10-9

0,00072

jod J-129

1,1 10-7

0,011

potas K-40

5,0 10-9

0,0005

rad Ra-226

2,2 10-7

0,022

jod J-131

2,2 10-8

0,0022

rad Ra-228

2,7 10-7

0,027

cez Cs-137

1,3 10-8

0,0013

pluton Pu-239

5,6 10-7

0,056

cez Cs-134

1,9 10-8

0,0019

polon Po-210

6,2 10-7

0,062

stront Sr-90

2,8 10-8

0,0028

ołów Pb-210

1,3 10-6

0,13

uran U-238

3,6 10-8

0,0036

tor Th-232

1,8 10-6

0,18

*/ według danych Światowej Organizacji Zdrowia [13] - dla dzieci, ze względu na mniejszą masę ciała, współczynnik konwersji jest 8-10 razy większy

**/ Efektywny równoważnik dawki promieniowania odpowiadający inkorporacji 100 Bq radionuklidu (osoba dorosła)

Ocena dawki promieniowania jonizującego w Polsce

Na początku lat 60-tych roczna dawka promieniowania jonizującego ze źródeł naturalnych, promieniowania działającego na gonady, określana była na 0,8 do 1,8 mSv [9]. Na powyższą dawkę składało się oddziaływanie promieniowania kosmicznego (0,23 - 0,73 mSv/a), promieniowanie podłoża (0,25 - 0,75 mSv/a) oraz inkorporacja poprzez produkty spożywcze i powietrze atmosferyczne - promieniowania potasu K-40 (19 mSv/a), węgla C-14 (12,7 mSv/a) oraz radu Ra-226 (0,07 mSv/a). Według danych statystycznych [14] średnia wartośc efektywnego równoważnika dawki promieniowania, otrzymywanego przez mieszkańców Polski w roku 1992, wynosila 3,6 mSv/a. Składowe dawki promieniowania przedstawia tabela 2. Uwagę zwraca wysoka dawka promieniowania wewnątrz budynków (1,58 mSv/a) powodowana głównie przez radon-222 i jego pochodne (Po-218, Po-214, Pb-210, Bi-210 i Po-210), których źródłem są materialy budowlane oraz gaz ziemny i woda.

Tabela 2. Wartości średnich efektywnego równoważnika dawek w roku 1992 [14]

Składowe promieniowania

średnie dawki

mSv/a na osobe

udział procentowy

%

promieniowanie kosmiczne

0,29

8,0

promieniowanie gamma z podłoża

0,04

1,1

promieniowanie radonu-220 i radonu-222 oraz ich pochodnych na wolnym powietrzu

0,08

2,2

opad promieniotwórczy po wybuchach jądrowych i po katastrofie czernobylskiej

0,021

0,6

promieniowanie gamma w budynkach

0,38

10,6

promieniowanie radonu-220 i radonu-222 oraz ich pochodnych, w powietrzu wewnątrz budynków

1,58

43,9

radionuklidy inkorporowane (bez radonu)

0,409

11,4

diagnostyka rentgenowska i badania in vivo

0,78

21,7

zagrożenia zawodowe w górnictwie

0,016

0,4

inne (przedmioty powszechnego użytku)

0,005

0,1

r a z e m

3,601

100,0

Normy dopuszczalnego skażenia radiologicznego wody pitnej

Pojęcie równoważników dawek maksymalnie dopuszczalnych, wprowadzone przez Międzynarodową Komisję Ochrony Radiologicznej (CIPR) dotyczy granicznych wartości średnich koncentracji radionuklidów w powietrzu, wodzie i w artykułach spożywczych, gwarantujacych granicę bezpieczeństwa dla "statystycznego człowieka". Przy ustalaniu dopuszczalnych dawek brany jest pod uwagę aktualny stan wiedzy o wpływie promieniowania jonizującego na organizm człowieka (efekty somatyczne) jak również o skutkach pokoleniowych (efekty genetyczne). Wraz z postępem poznania tych skutków obniżała się dopuszczalna dawka promieniowania. Według CIPR najwyższa dopuszczalna dawka promieniowania na całe ciało, gonady i narządy krwiotwórcze wynosi 5 mSv/a lub jako dawka skumulowana 50 mSv/30 lat [1]. Należy w tym miejscu zwrócić uwagę na interpretację powyższej "normy". Z przeliczenia dopuszczalnej dawki napromieniowania organizmu w ciągu 30 lat wynika, że średnia roczna dawka nie powinna przekraczać 1,67 mSv/a. Przyjmowanie jako dopuszczalnej dawki 5 mSv/a jest więc uzasadnione tylko w przypadku krótkotrwalej ekspozycji organizmu na promieniowanie jonizujące. Według współczesnych poglądów każda dawka promieniowania powoduje negatywne skutki, tak więc podwyższenie nawet niskich dawek promieniowania powoduje wzrost prawdopodobieństwa chorób somatycznych lub mutacji genetycznych. W przypadku silnych skażeń promieniotwórczych stosowane jest określenie "skażenia deterministyczne". Odnosi się to do skażeń wywołujących natychmiast chorobę popromienną lub powodujacych szybko chorobę somatyczną. W odniesieniu do niskich dawek promieniowania stosowane jest określenie "skażenia stochastyczne", ujawniających się nie poprzez objawy kliniczne lecz przez statystykę zachorowań. Problem w tym, że ogłaszanie alarmu na podstawie obliczeń statystycznych jest tylko stwierdzeniem sytuacji minionej i powstałe skutki napromieniowania są często nieodwracalne. Badania nad skutkami niskich dawek promieniowania wskazują natomiast na lawinowo narastające konsekwencje mutagenne i zagrożenie przyszłych pokoleń. W odniesieniu do skażeń radiologicznych wody, Światowa Organizacja Zdrowia, w porozumieniu z Międzynarodową Komisją Ochrony Radiologicznej, zaleca dawkę maksymalnie dopuszczalną 0,1 mSv/a [13]. Stanowi to częśc ogólnej dawki promieniowania ze źródeł naturalnych, przyjmowanej dla "statystycznego człowieka" w wysokości 2,4 mSv/a. Przy ustalaniu dopuszczalnej rocznej dawki promieniowania przyjęto masę ciała dorosłego człowieka oraz konsumpcję wody w ilości 2 litrów na dobę. Przy ocenie jakości wody do picia, WHO zaleca stosowanie procedury złożonej:

- wstępny pomiar ogólnej aktywności alfa i beta

- jeśli ogólna aktywność alfa nie przekracza 0,1Bq/dm3 oraz ogólna aktywność beta  nie przekracza 1,0 Bq/dm3,  to woda może być przeznaczona do picia

- jeśli powyższy warunek nie jest spełniony, to należy określić indywidualnie wszystkie radionuklidy występujące w wodzie i obliczyć dawkę promieniowania

            - jeśli obliczona dawka jest większa od 0,1 mSv/a - woda nie nadaje się do picia

We Francji stosowane jest kryterium oceny radioaktywności wody, uwzględniające obok ogólnej aktywności alfa i beta również promieniowanie gamma. W przypadku nieokreślonej mieszaniny pierwiastków promieniotwórczych w wodzie, suma ogólnej aktywności  alfa, beta   i gamma   nie może przekraczać 10 pCi/dm3, czyli 0,37 Bq/dm3 [15].

Agencja Ochrony Środowiska USA stosuje natomiast podwójne kryterium dopuszczalnego skażenia wody pitnej [16]:

- zawartośc radionuklidów pochodzenia naturalnego do 5 pCi/dm3 (tj. 0,185 Bq/dm3)

- dopuszczalna dawka promieniowania ze źródeł sztucznych do 0,04 mSv/a

Zagrożenia ujęć wód

Wody powierzchniowe oraz infiltracyjne narażone są bezpośrednio na oddziaływanie zanieczyszczeń. W przypadku skażeń promieniotwórczych zanieczyszczenie powierzchniowe może występowac w postaci opadu radioaktywnego pyłu, deszczu lub skażonej wody rzecznej. Zagrożenie stanowi więc zarówno bezpośredni opad radioaktywny na terenie ujęcia, jak też spływy pierwiastków promieniotwórczych z powierzchni zlewni. Pierwiastki promieniotwórcze wraz z innymi substancjami występującymi w wodzie migrują lub osadzają się w podłożu gruntowym a także na filtrach wodociągowych. Istnieje więc prawdopodobieństwo przenikania radionuklidów do wody wodociągowej. Pomiary ogólnej aktywności beta, wykonane w maju 1986 roku, wykazały skażenie przekraczające 400 Bq/dm3 dla wody rzecznej oraz ponad 100 Bq/dm3 w wodzie wodociągowej [17]. W roku 1992 średni poziom radioaktywności   wód powierzchniowych, powodowany głównie obecnością potasu K-40, wynosił około 0,3 Bq/dm3. Skażenie wód powierzchniowych cezem oceniano natomiast na 0,01 Bq/dm3 [18].

Pomiary radioaktywności gamma i beta rzeki Warty w Poznaniu, wykonywane od roku 1993 przez laboratorium radiologiczne Instytutu Meteorologii i Gospodarki Wodnej w Poznaniu, wykazują że radioaktywnośc gamma jest wielokrotnie wyższa niż aktywność beta [19]. Aktywność beta oscyluje w granicach od 0,13 do 0,52 Bq/dm3 i uważa się, że jest to  skutek obecności potasu K-40. Wartości ekstremalne aktywności gamma wody kształtują się w przedziale od 1,16 do 11,41 Bq/dm3.

Tabela 3. Radioaktywność wody w Warcie (w Poznaniu), Bq/dm3

Wyszczególnienie 1993 1994 1995
beta gamma beta gamma beta gamma
Absolutne minimum 0,16 1,16 0,13 1,97 0,28 2,08
Absolutne maximum 0,45 11,41 0,50 8,75 0,52 8,29

*/ Pomiary wykonywane w laboratorium radiologicznym IMGW z częstotliwością tygodniową

Maksymalne skażenia typu gamma występują w okresie roztopów zimowo-wiosennych [Tabela 3]. Można przypuszczać, że radioaktywność gamma wody rzecznej spowodowana jest zmywaniem cezu z powierzchni terenu na obszarze zlewni Warty. W okresie stanów niżówkowych, gdy rzeka zasilana jest wodami podziemnymi, stężenie cezu maleje i tym samym maleje radioaktywność gamma. Na stężenie cezu w wodzie rzecznej może mieć także wpływ zróżnicowanie zawartości cezu na obszarze zlewni. W porównaniu do wartości średniej skażenia okolic Poznania cezem na poziomie 2 500 Bq/m2, w górnej części zlewni Warty, na obszarze województwa częstochowskiego średnie skażenie terenu wynosi 7 600 Bq/m2 [8]. Stopniowy spadek wartości maksymalnej radioaktywności gamma [Rys.1], można również tłumaczyć procesem wymywania cezu z powierzchni terenu.

Laboratorium wodociągów poznańskich wykonuje rutynowo tylko pomiary aktywności beta , uzyskując podobne wartości jak dla wody rzecznej, w granicach 0,3 do 0,4 Bq/dm3. Pomiary kontrolne, wykonane przez Oddział Ochrony Radiologicznej Wojewódzkiej Stacji Sanitarno-Epidemiologicznej w Poznaniu [20], potwierdziły radioaktywność ogólną   wody wodociągowej z ujęć infiltracyjnych w Dębinie i w Mosinie, na poziomie od   0,2 do 0,4 Bq/dm3. Równocześnie pobrane zostały do badań radiologicznych próbki złoża piaskowego ze stacji filtrów oraz próbki wody do oznaczenia zawartości radonu. Wyniki pomiarów radioaktywności piasku filtracyjnego wykazały wysoki poziom skażenia, przekraczający nawet wartości dopuszczalne dla odpadów przemysłowych wykorzystywanych do niwelacji terenu. Zaobserwowano jednocześnie zjawisko kumulacji pierwiastków promieniotwórczych na złożu filtracyjnym, czego dowodem jest porównanie z zawartością tych pierwiastków w piasku z pryzmy rezerwowej [Tabela 4].

Tabela 4. Radioaktywność piasku ze  złóż   filtracyjnych wodociągów poznańskich */

Oznaczenie

Piaskowe złoża filtracyjne

Rezerwowa pryzma piasku

ogólna aktywność beta Bq/kg

4 492 -  5 419

194

izotop potasu K-40 Bq/kg

2 807 -  3682

109

izotop cezu Cs-137 Bq/kg

285 -  374

7

izotop radu Ra-226 Bq/kg

274 -  343

61

izotop toru Th-228 Bq/kg

628 -  911

32

*/ pomiary laboratorium Oddziału Ochrony Radiologicznej WSSE w Poznaniu [20]

Zjawisko kumulacji radionuklidów na złożu filtracyjnym ilustruje również średnia wartość skażenia cezem-137, odpowiednio   powierzchni terenu  zlewni Warty oraz piasku w stacji filtrów, tj.  2 500 Bq/m2 oraz  52 800 Bq/m2.

Wysoka wartość ogólnej radioaktywności beta  związana jest przede wszystkim z kumulacją radioaktywnego potasu-40 oraz prawdopodobnie z obecnością strontu-90, emitorów cząstek beta . Wyraźnie podwyższona jest w stosunku do tła zawartość cezu-137, emitora cząstek beta i fotonów gamma. Wyjaśnienie tego zjawiska można szukać w wysokiej aktywności gamma wody rzecznej, która zasila stację filtrów. Pomiary aktywności gamma dla wody wodociągowej nie są wykonywane. Pomiar sondażowy, wykonany w kwietniu 1995 r. w laboratorium radiologicznym IMGW w Poznaniu (próbka wody pobrana z sieci wodociągowej na terenie Instytutu) wykazal aktywność gamma wody równą 8,43 Bq/dm3 [19]. Jest to wynik alarmujący, nie tylko ze względu na wysoki stopień radioaktywności gamma, ale również z tego powodu, iż przekracza maksymalną wartość radioaktywności gamma rzeki Warty w   roku 1995, to jest 8,29 Bq/dm3.

Zaskakująco wysoka jest zawartość pierwiastków ciężkich - radu i toru, emitorów cząstek alfa - na złożu filtracyjnym. Jako hipotezę wyjaśniającą to zjawisko można przyjąć, obok ewentualnego wpływu zanieczyszczeń wody rzecznej, oddziaływanie pyłów z zakładów fosforowych. Brak jest jednak badań wyjaśniających. Również brak jest danych o obecności pierwiastków z szeregów uranowo-radowego i torowego w wodzie rzecznej i w wodzie wodociągowej. Zagrożenie dla konsumentów wody wodociągowej stanowią nie tylko rad-226 i tor-228, które teoretycznie mogą przedostawać się do wody, bądź to w wyniku przebicia hydraulicznego złoża bądź też w czasie jego płukania. Istotniejsze zagrożenie stanowią radionuklidy - pochodne toru i radu, zwłaszcza radon-222, gaz dobrze rozpuszczalny w wodzie, a także polon-210, wszystkie emitujące cząstki alfa. Potwierdzeniem powyższych obaw są pomiary zawartości radonu w wodzie wodociągowej, wykonane przez Państwowy Zakład Higieny w Warszawie   [tabela 5]. Na podstawie zebranych pomiarów można stwierdzić, że ogólna radioaktywność wody wodociągowej odpowiada w przybliżeniu skażeniu wody rzecznej. Na przykładzie aktywności gamma i stężenia  radonu, można nawet dopatrywać się zjawiska wtórnego wymywania radionuklidów zdeponowanych na złożu filtracyjnym. Ogólna radioaktywność wody wodociągowej, spowodowana mieszaniną pierwiastków o aktywności alfa, beta i gamma, można oszacować na około 10 Bq/l. Takie skażenie wody przekracza znacznie poziom dopuszczalnej radioaktywności według wstępnego kryterium WHO, jak również omówionych powyżej innych kryteriów normatywnych dla wody pitnej.

Tabela 5. Zawartość radonu w wodzie (Poznań)

Lokalizacja

Rodzaj próbki

Data pobrania próbki

Data wykonania analizy

Zawartość radonu

mBq/l

Dokladność analizy

%

Stacja filtrów Debiec

woda

surowa

3.03.1994

6.03.1994

1491

  9,5

j.w.

woda po uzdatnieniu

3.03.1994

6.03.1994

1206

  9,7

Stacja filtrów Mosina

woda

surowa

3.03.1994

6.03.1994

2076

  9,2

j.w.

woda po uzdatnieniu

3.03.1994

6.03.1994

2412

  9,5

Dokładne określenie skażenia wody wodociągowej oraz obliczenie efektywnego równoważnika dawki promieniowania wymaga szczegółowych badan. Niniejszą ocenę należy traktować jako sygnalizację ogólniejszego problemu. Zasadniczy problem polega więc na poszukiwaniu źródeł wody o dobrych parametrach jakościowych i chronionej przed skażeniami promieniotwórczymi. Ujęcia wód powierzchniowych i ujęcia infiltracyjne w dolinach rzecznych, w świetle przedstawionych materiałów, nie spełniają powyższego warunku. Środkiem zaradczym w sytuacji realnego zagrożenia tych ujęć i braku wystarczających zasobów wody podziemnej jest radykalna zmiana koncepcji dystrybucji wody i oddzielenie systemu dystrybucji wody na potrzeby ogólnogospodarcze od systemu wody konsumpcyjnej [21, 22]. Przykładem teoretycznego rozwiązania tego problemu są badania autora, wykonane w latach 70-tych w Instytucie Kształtowania Środowiska, zakończone opracowaniem koncepcji optymalnego zagospodarowania zasobów wód podziemnych na przykładzie województwa poznańskiego [23]. Koncepcja ta  zostala poparta szczegółowym rozpoznaniem struktur wodonośnych w skali regionalnej oraz badaniami nad chemizmem wód podziemnych [6] i zweryfikowana na modelu symulacyjnym systemu hydrogeologicznego. Przy opracowaniu koncepcji przyjęto dwa podstawowe założenia, tj. integralne traktowanie zasobów wód podziemnych i powierzchniowych oraz   rozdzial zasobów wód podziemnych według ustalonego priorytetu. Przyjęty priorytet w korzystaniu zasobów wodnych wynika z idei Prawa Wodnego i wyraża się zarezerwowaniem zasobów wód podziemnych na potrzeby komunalne, hodowli zwierząt i do produkcji żywności. W koncepcji tej sprecyzowano, oczywisty wydawałoby się postulat, że potrzeby wodne rolnictwa (nawodnienia) i przemyslu (woda technologiczna) winny być zaspokajane z zasobów wód powierzchniowych. Przedstawiona propozycja rozwiązania problemu zaopatrzenia w dobrą wodę mieszkańców województwa poznańskiego, pomimo przekonującej treści i pozytywnych opinii, nie doczekała się realizacji [24].

Literatura

1. Z.Szepke: Problemy promieniotwórczych skażeń otoczenia i skażeń wewnętrznych. Postępy techniki jądrowej. Seria: Ochrona przed promieniowaniem, Warszawa, 1965, nr 33 (248).

2. Z. Szot: Działanie promieniowania jonizującego na materię żywą. Postępy techniki jadrowej. Seria: Ochrona przed promieniowaniem, Warszawa,1976, nr 81 (612).

3. Państwowa Inspekcja Ochrony Środowiska: Klasyfikacja jakości zwykłych wód podziemnych dla potrzeb monitoringu środowiska. Warszawa, 1993.

4. A.Polański: Geochemia izotopów. Wydawnictwa Geologiczne, Warszawa, 1961.

5. A.P. Vinogradov, A.L. Devirts, E.I. Dobkina: The Current Tritium Contents of Natural Waters. Geochem.Intent., 1968, 5, 952-966.

6. A.Pawuła: Chemizm wód podziemnych Środkowej Wielkopolski. Praca doktorska. Wydział Geologiczno-Poszukiwawczy AGH, Kraków, 1976.

7. K.A.Pachocki, T.Majle: Następstwa awarii elektrowni jądrowej w Czernobylu, w odniesieniu do terytorium Polski. Post.Fiz.Med.,1992,27, 1-2.

8. R.Strzelecki, S.Wołkowicz, P.Lewandowski: Koncentracje cezu w Polsce. Przeglad Geologiczny,1994, vol.42, nr 1, 3-8.

9. Z.Jaworowski: Radioaktywność a zdrowie ludzkie. PWN, Warszawa,1964.

10. J.Nurkowska: Geny i nowotwory.Wiedza i Życie,1995, nr 2, s.10-16.

11. J.Denis-Lempereur: Radon et leucemies, nouveaux soupcons. Science & Vie, 1993, XI, No 914, 28-35.

12. M.F. Lantieri: Les cles de la demence senile. Science &  Vie, 1993, No 908, p.72-75.

13. World Health Organization: Guidelines for drinking-water quality, Geneva,1993.

14. Rocznik statystyczny na rok 1994. GUS, Warszawa, 1995.

15. R. Bremond, R. Vuichard: Parametres de la qualite  des eaux, Ministere de la protection de la nature et de l'environnement, Paris,1973.

16. Environmental Protection Agency EPA. Water and Wastes Engineering, 1977, VIII, 14, No 8, p,15.

17. Raport Komisji Rządowej d/s Oceny Promieniowania Jądrowego i Działan Profilaktycznych. Warszawa, 1986, ( cyt.Pachocki K.A., Majle T.[7])

18. D. Grabowski, W. Muszyński, M. Petrykowska, B. Rubel, G. Smagala, J. Wilgos: Skażenie promieniotwórcze środowiska i żywności w Polsce w roku 1992. Raport CLOR nr 124/D, Warszawa,1993.

19. A.Pawuła, M.Leki: Aspekt radiologiczny w ocenie jakości wody Warty, jako źródła zasilania ujęć komunalnych Poznania. Mater. Konfer. Hydrologicznej. UAM, Poznan, 1995 (w druku).

20. R. Michalak: Orzeczenie z pomiarów skażeń radiologicznych wody i złóż filtrujacych w Przedsiębiorstwie Wodociągów i Kanalizacji w Poznaniu. WSSE Oddział Ochrony Radiologicznej, Poznań,1994 (praca nie publikowna).

21. A. Pawuła: O dobrą wodę dla miasta Poznania. Sekcja Ochrony środowiska PZITS Poznan,1993 (praca nie publikowana).

22. A. Pawuła: Problemy eksploatacyjne ujęć wodociągowych. Zagrożenie radiologiczne wody na ujęciach infiltracyjnych. Przegląd Komunalny, Wyd. Abrys, Poznań, 1994, nr 11-12, ss. 6-7.

23. Z.Kaźmierczak-Wijura, A.Pawuła: Koncepcja optymalnego zagospodarowania zasobów wód podziemnych województwa poznanskiego, z zastosowaniem metody modelowania cyfrowego. Instyt. Kształt Środow., Poznan, 1977 (praca nie publikowana).

24. Stan zaopatrzenia w wodę m.Poznania oraz program działań zmierzających do poprawy sytuacji w tym zakresie. Urzad Miejski w Poznaniu, Poznań 1990.

25. Jakość wody do picia: forum dyskusyjne. Ochrona Środowiska, 1994, nr 3-4 (54-55), s.5.

 

APPENDIX: JEDNOSTKI PROMIENIOWANIA JONIZUJĄCEGO

Jednostki radioaktywności: bekerel (Bq) , curie (Ci)

1 Bq = 1 rozpad promieniotwórczy na sekundę

1 Ci = 3,7 E +10 Bq

Jednostka dawki ekspozycyjnej: rentgen (R)

1 R = 88 ergów/g powietrza (1 erg = 1 E -7 J)

1 R = 2,58 E -4 C/kg (C/kg - kulomb na kg powietrza; 1 C = A x s)

Jednostka mocy dawki ekspozycyjnej: rentgen na sekundę (R/s)

1 R/s = 19,9055 pA/kg (1 pikoamper = 1 E -12 A)

1 R/h = 71,66 nA/kg (1 nanoamper = 1 E -9 A)

Jednostka dawki pochłonietej: grej (Gy)

1 Gy - ilość energii promieniowania odpowiadajaca 1 dżulowi pochłoniętemu przez 1 kg napromieniowanej materii */ (1 Gy = 1 J/kg)

Jednostka równoważnika dawki pochłoniętej: siwert (Sv)

1 Sv = 1 Gy   WSB (WSB - względna skuteczność biologiczna)

WSB = 1 dla promieniowania beta, gamma , X

WSB = 5 - 10 dla promieniowania   neutronowego

WSB = 20 dla promieniowania alfa

Jednostki mocy dawki pochłoniętej

1 Gy/s (grej na sekundę)

1 Sv/a (siwert na rok)

*/ Uwaga: w przypadku obliczania dawki pochłoniętej przez organizmy żywe, przyjmuje sie masę całego organizmu lub tylko masę organu krytycznego, stosownie do formy oddziaływania radionuklidu.

_______________________________________________________

Tekst artykulu w edytorze WORD:  pzits2.doc
Adres do korespondencji: pawula@main.amu.edu.pl