Natürliche Radionuklide und Risiken

In ihrem Artikel „Two centuries since discovery of the chemical element uranium“ (1989) schrieben V. Omaljev und A. Antonovic: „Uran steht heute vor einer schweren Schuldlast für die gegenwärtige und zukünftige radioaktive Verschmutzung des Planeten. Besonders besorgniserregend sind Unsicherheiten hinsichtlich möglicher (unkontrollierter) mutagener Veränderungen in lebenden Organismen, vor allem beim Menschen. Systematische biologische und medizinische Untersuchungen dieser Frage für praktische Zwecke begannen erst nach der Atombombe auf Japan, und ein Zeitraum von 45 Jahren ist zu kurz, um die langfristige zu sehen. Gesundheitsrisiken.“ Die Autoren fragen, ob dies das Ende der Rechtsstaatlichkeit bedeutet.Zusammen mit wirtschaftlichen und anderen globalen Fragen ist Sicherheit sicherlich ein dringendes Anliegen, und die meisten Menschen halten es für das alarmierendste Problem der Gegenwart. Für den Fall, dass sich Kernkraftwerke aus irgendeinem Grund als fehlerhaft erweisen und radioaktive Substanzen in die Umwelt gelangen oder Atomtests durchgeführt und Atomwaffen in großem Umfang eingesetzt werden, können die Folgen katastrophal sein. Auf dem gegenwärtigen Zivilisationsniveau ist die moderne Welt zunehmend destruktiv, und die Folgen nähern sich leider immer mehr einem Katastrophenzustand. Wir nehmen nur zur Kenntnis, was kürzlich der Bevölkerung und der Umwelt des Irak, Jugoslawiens und Bosnien und Herzegowinas durch Dutzende Tonnen abgereichertes Uran, das zur Herstellung von Projektilen verwendet wurde, angetan wurde.

Die anthropogene Komponente des Strahlungshintergrunds der Biosphäre hat diese globale Frage aufgeworfen. Selbst nach der endgültigen Abschaffung der Uranvorschrift bliebe jedoch eine Gruppe natürlicher Radionuklide mit allen potenziellen Risiken für die menschliche gesundheit54. Nach den Ergebnissen der bisher durchgeführten Studien ist die natürliche Strahlung der Lithosphäre (Biosphäre) für ein Viertel der gesamten Grundstrahlungsbelastung aller Lebewesen verantwortlich. Um genau zu sein, ist die Rolle natürlicher Radionuklide und ihrer Strahlung als Quellen des Strahlenrisikos für die Biozönose seit Beginn des Lebens auf der Erde vorhanden. So haben natürliche Radionuklide durch Radiomutationen nicht nur die Evolution lebender Organismen beeinflusst, sondern auch die Dynamik des Gleichgewichts ökologischer Systeme beeinflusst.

Im Gegensatz zu den großen Dosen ionisierender Strahlung, die überwiegend von hergestellten Radionukliden erzeugt werden, ist es ziemlich logisch zu behaupten, dass bei sogenannten kleinen Dosen, d. H. Dosen, die keine klinischen Symptome verursachen, aber eine ausgeprägte bionegative Wirkung haben, natürliche Quellen radioaktiver Strahlung die Hauptrolle übernehmen. Es ist bekannt, dass die Meinungen unter Radiobiologen über die Wirkung kleiner Dosen stark geteilt sind. Dennoch sind viele Autoren der Ansicht, dass ein leichter Anstieg der absorbierten Strahlung die Wahrscheinlichkeit von Katarakten erhöht, die Inzidenz von Strahlenkrankheiten erhöht, zur Bildung von Tumoren beiträgt, die Lebenserwartung verkürzt und die fetale Entwicklung in der Gebärmutter der Mutter verlangsamt. Nach dem Engagement von Weltexperten für ein internationales Projekt im Zeitraum 1980 – 1984 wurde unter anderem der Schluss gezogen, dass: 1) kleine Dosen ionisierender Strahlung ert-bionegative Wirkung (Boldface Mine – M.K.); 2) die bionegative Wirkung kleiner Dosen ionisierender Strahlung entspricht einer linearen Abhängigkeit ohne Schwellenwert; 3) da es unmöglich ist, kleine Dosen ionisierender Strahlung als einen von vielen krebserzeugenden Faktoren zu isolieren, ist es notwendig, eine Erhöhung des Niveaus aller angegebenen Faktoren zu verhindern; und 4) Wir müssen die Strahlenbelastung der Bevölkerung über die gesamte Nahrungskette, einschließlich Kulturpflanzen, Vieh und Lebensmitteln pflanzlichen und tierischen Ursprungs, ständig überwachen.

Die Medizingeologie kann einen großen Beitrag dazu leisten, natürliche Voraussetzungen für das Auftreten geringer Dosen ionisierender Strahlung in Gesteinen, Böden und Gewässern zu schaffen und Maßnahmen zur Senkung krebserregender Faktoren zu planen. Dies gilt insbesondere, weil der Gehalt an radioaktiven Elementen in der natürlichen Umgebung nicht immer gleich ist und Organismen, die in einer bestimmten Region leben, radioaktiver Strahlung unterschiedlicher Stärke ausgesetzt sind: in einigen Fällen größer, in anderen weniger. Wir werden daher im Text verweilen, um auf bestimmte geologische Faktoren einzugehen, die besondere Aufmerksamkeit verdienen.

Der erste und sehr wichtige Schritt bei der Untersuchung einer Region von Interesse besteht darin, uranhaltige Gesteine und Formationen darin zu isolieren. Wir haben bereits die Gesteinsarten (wie saure Granite) besprochen, die potenzielle Träger von Radionukliden sind. Es wurde jedoch nicht betont, dass uranhaltige geologische Formationen potenziell enorme Flächen umfassen und dadurch die natürliche Strahlenbelastung einer großen Anzahl von Menschen erhöhen können. So kommen in vielen Regionen der Welt Schiefer vor, die reich an organischen Substanzen und Uraninit sind (z. B. die Chittanunga-Formation in den Bundesstaaten Alabama und Kentucky mit einer Fläche in der Größenordnung von 100 Tausend km2). In den Vereinigten Staaten umfassen die Phosphoria–Formation (Phosphatvorkommen mit 0,003 – 0,03% Uran) und andere Formationen auf dem Colorado-Plateau und im Osten Utahs, im Nordosten Arizonas und im Nordwesten New Mexicos ein noch größeres Gebiet. Die Francevillien-Formation in Gabun umfasst eine Fläche von etwa 35 Tausend km2. Wenn man berücksichtigt, dass sich die Oklo-Lagerstätte oder das Phänomen (ein natürlicher Kernreaktor) in dieser Formation befindet, ist es leicht, die potenzielle Gefahr durch ständige Spaltreaktionen in dieser Region zu erfassen. Große Mengen an Thorium finden sich im Sand von Meeresstränden in Südindien und (in gewissem Maße) Australien. Durch die regionale geomedizinische Untersuchung (Kartierung) der natürlichen Radionuklide in Gesteinen und Böden in einem für uns interessanten Gebiet können wir radioökogeologische Bereiche (Regionen) isolieren, in denen die Biozönose (einschließlich des Menschen) eine bestimmte Strahlenbelastung trägt. Es ist verständlich, dass einige Regionen der Welt für ihren hohen Gehalt an radioaktiven Elementen bekannt sind (der Bundesstaat Kerala in Indien, das La Plata–Plateau in Brasilien, die weitere Region der Oklo-Uranmine in Gabun usw.).

Dass sich der Mensch nicht an natürliche Strahlungsfelder anpassen konnte, zeigen die Ergebnisse internationaler Forschungen, die darauf hindeuten, dass Regionen mit erhöhtem Gehalt an natürlichen Radionukliden in Gesteinen und Böden durch einen langsamen Bevölkerungszuwachs, eine Zunahme der Anzahl von Geburtsfehlern, eine Zunahme der Anzahl organischer Krankheiten und eine erhöhte Mortalität (insbesondere bei Kindern) gekennzeichnet sind. Komplexe Studien zur Frage der Existenz oder Nichtexistenz radiogeochemischer Endämien müssen noch durchgeführt werden. In ihrem Buch „Strahlenhygiene in der Biotechnologie“ (1991) haben B. Petrovic und R. Mitrovic gibt an, dass es Forschungen gibt, die auf die Bedeutung radiogeochemischer Endämien hinweisen, aber auch Arbeiten, die diese negieren. Zum Beispiel behaupten englische Forscher, dass eine erhöhte Konzentration von Radon Rn222 im Trinkwasser in der Grafschaft Devon (Großbritannien) die Hauptursache für ein häufigeres Auftreten bösartiger Erkrankungen in der Bevölkerung darstellt. Ähnliche Schlussfolgerungen wurden von amerikanischen Ermittlern gezogen, die radioepidemiologische Studien an mehr als einer Million Menschen in 111 Städten in den Bundesstaaten Iowa und Illinois durchführten: sie behaupten, dass erheblich erhöhte Konzentrationen des angegebenen Radionuklids im Trinkwasser über dem Durchschnitt zu signifikanten Unterschieden in der Mortalität durch maligne Erkrankungen der Knochen führen (die sich insbesondere bei Personen über 30 Jahren manifestieren). Sowjetische Ermittler berichteten auch über Ergebnisse der Messung der natürlichen Radioaktivität in den Knochen von Personen, die an Leukämie starben, und von Personen, die an verschiedenen Verletzungen starben: die Gesamtaktivität von Gamma – emittierenden Radionukliden war in den Knochen derjenigen, die an Leukämie starben, mehr als doppelt so hoch wie in den Knochen von Personen, die an traumatischen Ursachen starben. Aus den Ergebnissen seiner eigenen Untersuchungen und Berichten anderer kommt der französische Wissenschaftler Pincet zu dem Schluss, dass ein signifikanter Zusammenhang zwischen dem Strahlungshintergrund in der Biosphäre und der Mortalität aufgrund bösartiger Erkrankungen besteht. Aus all dem Gesagten folgt, dass die Vertrautheit mit der radiogeologischen Regionalisierung eines bestimmten Gebiets sehr wichtig ist, um die Strahlenbelastung der Bevölkerung darin festzustellen: Ärzte müssen den gefährlichsten radioökogeologischen Bereichen besondere Aufmerksamkeit schenken.

Abhängig von den Gesteinen, aus denen es gebildet wurde, und dem Gehalt der Tonkomponente kann der Boden mehr oder weniger radioaktiv kontaminiert sein. Im Boden angesammelte natürliche Radionuklide werden metabolisch in Pflanzen eingebaut und gelangen über kontaminierte Lebensmittel in den Organismus von Mensch und Tier. Die gegebene Gefahr für Lebewesen äußert sich verständlicherweise besonders in radioökogeologischen Bereichen, die durch einen erhöhten Hintergrund natürlicher radioaktiver Elemente gekennzeichnet sind. Das Problem wird durch das Vorhandensein von Strontium, Cäsium und anderen künstlichen Produkten langlebiger Radionuklide weiter erschwert, auf die in einem speziellen Kapitel eingegangen wird.

Uran kann je nach geologischen (hydrogeologischen) Bedingungen relativ leicht transportiert, konzentriert und von seiner Primärlagerstätte weggetragen werden. Eine sehr wichtige Rolle spielt dabei das Grundwasser, da sich Uran ab dem Zeitpunkt seiner Oxidation und Auflösung in Wasser fast frei durch die Erdkruste bewegt (Abb. 2.37.). Uran an sich ist nicht unbedingt so gefährlich, aber die Produkte seines radioaktiven Zerfalls bedrohen nicht nur die Natur mit radioaktiver Strahlung, sie sind auch giftig als Elemente55. Die Rolle wässriger Lösungen ist daher von vorrangiger Bedeutung für die Erzeugung chemischer Dispersionsaureolen von Uran und seine Zersetzung in der oberflächlichen Tonschicht von Flusssedimenten. Wir denken hier an anomale Zonen mit einem Urangehalt von bis zu 200 ppb und mehr (bis zu 400 ppb und manchmal zehnmal höher in Grubengewässern). Unter günstigen hydrogeologischen Bedingungen (z. B. Vorhandensein ausgedehnter Verwerfungszonen) kann Uran über sehr große Entfernungen transportiert werden, was zu beachten ist. So ist beispielsweise der Ursprung eines hohen Urangehalts (50 – 100 ppb) in einer Quelle in Colorado mit mindestens 100 km entfernten Gesteinen verbunden. Aus all diesen Gründen muss bei hydrogeologischen Untersuchungen einer Region besonders auf den Gehalt an Radioisotopen im Trinkwasser und im Wasser zur Herstellung von Lebensmitteln geachtet werden, um zu verhindern, dass sie auf diese Weise in den menschlichen Organismus gelangen.

Abb. 2.37. Verhältnis von Urankonzentration c(µg/l) und Wassermineralisierung m (mg/1) aus der Ogallala-Formation in Texas (USA) (S.N. Davis, R.J.M. de Wiest, 1966). 1- proben mit HCO3, über 50% aller Anionen; 2 – Proben mit HCO3 ist weniger als 50% aller Anionen.

Die Verschmutzung der Umwelt durch radioaktive Elemente steht ganz oben auf der Liste aller Probleme, die es je gegeben hat und die den Schutz von Natur und Mensch erfordern. Die Komplexität und Gefahr der Verschmutzung der Natur durch radioaktive Elemente haben den Menschen gezwungen, Prozesse mit radioaktiven Elementen bis ins kleinste Detail zu untersuchen. Natürliche und künstliche Radionuklide, die durch Einnahme oder Inhalation in den Organismus eingebracht werden, werden entsprechend dem Metabolismus des Radionuklids selbst und der Empfindlichkeit des Organs gegenüber Strahlung auf einzelne Organe verteilt. All dies wird bei der Schätzung des Beitrags von Radionukliden aus Trinkwasser, Lebensmitteln und anderen Strahlungsquellen zur Gesamtbestrahlung der Bevölkerung berücksichtigt.Strahlung, die vom Ort ihrer Erzeugung in bewohnte Regionen oder Regionen gelangt, die nicht direkt mit der Erzeugung oder Nutzung von Kernenergie verbunden sind, sollte 0,5 Sievert (Sv)56 nicht überschreitenpro Person jährlich. In Regionen mit weit verbreiteten radioaktiven Mineralien kann die Dosis der Hintergrundstrahlung, die ein Mensch erhält, viermal höher sein als der angegebene Grenzwert, der mehr oder weniger schädliche Auswirkungen auf die menschliche Gesundheit haben muss57. Handelt es sich um eine Kurzzeitbestrahlung, können bei einer Dosis von mehr als 150 – 200 mSv stärkere Veränderungen im Herz–Kreislauf–System eintreten, während eine Dosis von mehr als 700 – 1.000 mSv in der Regel tödlich ist. In der Praxis wird der Begriff maximal zulässige Konzentration verwendet, obwohl es höchst fraglich ist, ob es eine Grenze gibt, unterhalb derer die Sicherheit gewährleistet ist. Selbst wenn eine maximal zulässige Strahlendosis gefunden wird, bleibt es uns überlassen, die Wirkung einzelner Radioisotope festzustellen, insbesondere insofern sie unterschiedliche Arten von Strahlung und mit unterschiedlichen Raten emittieren. Darüber hinaus neigen einige Elemente dazu, sich in verschiedenen Teilen des menschlichen Organismus anzusammeln. Radioisotope solcher Elemente verursachen konzentrierte biologische Schäden. Zum Beispiel reichern sich Plutonium, Radium und Strontium in den Knochen an; Jod reichert sich in der Schilddrüse an; und Blei und wasserlösliche Isotope reichern sich in den Nieren an. Die Lunge ist das kritische Organ bei ungelösten Radionukliden.

Unterschiede in der biologischen Gefahr, die durch verschiedene Radioisotope verursacht wird, sind im Allgemeinen groß. Wenn wir zum Beispiel Ra228 und H3 (beide mit einer Halbwertszeit von mehreren Jahren und Emission von niederenergetischen Betastrahlen) vergleichen, sehen wir, dass die Zeit ihres Aufenthalts im menschlichen Organismus unterschiedlich ist. Ein großer Teil von H3 verschwindet nach einigen Wochen aus dem Organismus, während R228 für immer in den Knochen verbleibt. Einige andere Besonderheiten im Verhalten der wichtigeren Radioisotope werden im Folgenden untersucht.

Das am weitesten verbreitete Isotop von Radium Ra226ist die giftigste aller anorganischen Komponenten und hat eine sehr starke krebserzeugende Wirkung. Seine biologische Halbwertszeit ist ziemlich lang, 45 Jahre. Sein chemisches Verhalten ähnelt dem von Kalzium. Durch Resorption aus dem Boden gelangt es leicht in Pflanzen und erreicht später den Menschen über Tiere und Lebensmittel tierischen und pflanzlichen Ursprungs. Obwohl die durchschnittliche Konzentration dieses Elements, das mit Lebensmitteln eingeführt wird, 111 – 185 MBq / Tag beträgt, stellten amerikanische Forscher eine große Variabilität seiner Konzentration in verschiedenen Arten von Lebensmitteln fest. Zum Beispiel hat die sehr hohe Aktivität und der Gehalt von R226 in Filberts als natürliches Phänomen die Aufmerksamkeit vieler Forscher auf sich gezogen.

Nach B. Petrovic und R. Mitrovic (1991) haben viele Arbeiter den Gehalt an Ra226 im menschlichen Organismus untersucht und versucht, die Strahlenbelastung dieses Radionuklids zu bestimmen. Es wurde festgestellt, dass bei Einwohnern Europas und Mittelamerikas die durchschnittliche Menge an Knochen 0,37 – 0,55 MBq / g Asche beträgt (was für den durchschnittlichen Menschen einer Aktivität von 1,11 – 1,48 MBq entspricht). In Regionen Nordamerikas und Asiens ist dieser Wert etwas höher.

Das Vorhandensein von Radon in Wasser ist für die menschliche Gesundheit nicht gefährlich. Radon im gasförmigen Zustand erts jedoch unerwünschten Einfluss. Radon ist in der Lunge als kritisches Organ fid. Die wirkliche Gefahr von Radon geht von seinen kurzlebigen Produkten Wismut und Polonium aus. Radon und seine Produkte emittieren überwiegend Alphastrahlen, die eine sehr begrenzte Reichweite haben, aber energetisch ziemlich stark sind und innerhalb eines Durchmessers von weniger als 1 mm schwere Lungenschäden verursachen. Das Krebsrisiko hängt direkt von der Konzentration dieses Gases in dem Raum ab, in dem der Mensch seine Zeit verbringt, und ist besonders hoch für Bergleute, die in Schächten in Uranlagerstätten arbeiten.

Der positive Einfluss von Radon und unbekannten Dosen von Alphastrahlen aus Abbauprodukten auf den menschlichen Organismus ist in der Balneologie weit verbreitet. Radioaktives (Radon-) Wasser verändert das Blutbild, senkt den Blutdruck, beeinflusst bestimmte allergische Erkrankungen, wirkt auf das Funktionieren des zentralen und vegetativen Nervensystems, stimuliert viele kompensatorisch – adaptive Reaktionen des Organismus usw.