IV. RADIACTIVIDAD EN LA NATURALEZA
LA NATURALEZA es una fuente inmensa de radiactividad, en donde, como ahora sabemos, existe un gran número de radisótopos, algunos de ellos de una vida media larguísima, quizás tan larga como la vida de la Tierra misma o más, y, por otro lado, radisótopos de vida media muy corta. La presencia de algunos de los radisótopos se liga a la radiación cósmica, proveniente del Universo.
La radiación cósmica primaria es aquella que se origina en el espacio exterior;
está constituida por protones y partículas alfa de energía muy elevada. Al pasar
a través de la atmósfera interactúa con elementos presentes en ésta, y como
consecuencia de esta interacción se originan radiación gamma, electrones, neutrones,
mesones y otras partículas energéticas, cuyo conjunto constituye lo que se conoce
con el nombre de radiación cósmica secundaria (Fig. 22).
Figura 22. Efecto de la radiación cósmica al interactuar con los constituyentes
de la atmósfera, (Referencia: Segovia y Bulbulian, Ciencia y Desarrollo
23, p. 75, 1978.)
La intensidad de la radiación cósmica es mayor en los sitios más elevados que en el nivel del mar: cuanto mayor es la altitud mayor es también la incidencia de los rayos cósmicos; contrariamente, la intensidad de la radiación cósmica disminuye considerablemente en las minas profundas.
LA MUERTE Y EL NACIMIENTO DE ÁTOMOS. LAS SERIES RADIACTIVAS NATURALES
Los materiales radiactivos naturales se pueden clasificar en tres categorías. La primera categoría está formada por los radisótopos primarios, que se llaman así por existir desde que se formó la Tierra, hace cinco mil millones de años, y son aquellos que tienen una vida media muy larga, quizás como la edad de la Tierra o más. El potasio tiene un isótopo radiactivo de vida muy larga y es parte importante de la radiactividad natural; el rubidio, el samario y el lutecio también tienen isótopos radiactivos y contribuyen a la radiactividad natural, pero en menor escala.
El torio y el uranio se encuentran en cantidades variables tanto en el suelo como en las rocas. Cerca de los yacimientos de uranio y torio, la radiactividad se encuentra en concentraciones muy superiores a la normal. La mayoría de los radisótopos primarios proviene del uranio-238, el torio-232 y, finalmente, el uranio-235.
Ya desde 1900 se había descubierto que los compuestos de uranio recién preparados eran sólo débilmente radiactivos, pero que su radiactividad aumentaba con el tiempo. Fueron Ernest Rutherford y su colaborador Frederick Soddy quienes encontraron que cuando un átomo de uranio emite una partícula alfa su naturaleza cambia. Se convierte en un nuevo tipo de átomo, con diferentes características radiactivas, produciendo radiaciones más intensas que las del propio uranio.
Este segundo átomo se descompone a su vez formando un tercer tipo de átomo, y así sucesivamente. Mostraron que existen cadenas de núcleos emparentadas entre diversos cuerpos radiactivos, que un átomo muere y da lugar al nacimiento de uno o varios átomos de especies diferentes. Estos nuevos átomos radiactivos son los radisótopos que pertenecen a la segunda categoría; se denominan radisótopos secundarios y se van formando por el decaimiento de otros isótopos radiactivos. Como tienen vidas medias muy cortas comparadas con la edad de la Tierra, no podría explicarse su existencia si no fuera porque se están formando continuamente por desintegración de los isótopos primarios.
Las investigaciones sobre las desintegraciones sucesivas han permitido agrupar las sustancias radiactivas en series o familias. Gracias a la observación de estos átomos y sus productos de decaimiento se han podido conocer varios elementos desconocidos hasta hace relativamente poco.
En general, las sustancias que son las cabezas de estas series tienen una masa muy elevada. Una serie radiactiva completa se inicia con el padre, o cabeza de serie, y termina en el isótopo estable; los isótopos generados por desintegraciones sucesivas son los descendientes o hijos.
El uranio-238 tiene una vida media enorme, de cuatro mil quinientos millones
de años; en toda la historia de la Tierra, sólo una parte de la reserva original
de uranio ha tenido posibilidades de desintegrarse. Este isótopo del uranio
es padre o cabeza de una de las series radiactivas naturales que incluye el
radio y el polonio y acaba finalmente en el plomo, que no es radiactivo. Ahora
se sabe que la "radiación uránica" observada por Becquerel se debe a la inestabilidad
del uranio-238. Al desintegrarse, emite una partícula alfa y se transforma en
torio-234; éste origina otro núcleo inestable, y así sucesivamente (Fig. 23(a)).
Figura 23. (a) Serie radiactiva del uranio-238. (Collins, C. H., J.C. Andrade y K.E. Collins, Química Nova 4, p. 57, 1981.)
La vida media del radio es poco menor de mil seiscientos años. Al cabo de varios miles de años no quedaría nada de radio en la corteza terrestre de no ser porque se forma constantemente a través de la desintegración del uranio. Esto mismo es cierto para otros productos del decaimiento del uranio cuyas vidas medias equivalen en algunos casos a fracciones de segundo solamente.
Además del uranio-238, que, como hemos visto, tiene una vida media muy larga,
existe un isótopo radiactivo del elemento torio, el torio-232, que se desintegra
aún más lentamente que el uranio-238, siendo su vida media de catorce mil millones
de años, mientras que el torio-234, que pertenece a la serie del uranio-238,
tiene una vida media de sólo 24 días. Con el torio-232, precisamente, empieza
también una segunda serie radiactiva. El torio-232 encabeza esta segunda serie
radiactiva conocida corno serie del torio, cuyo último miembro es el plomo de
masa 208, que es estable (Fig. 23(b)).
El uranio-235, de una vida media de sólo 700 000 000 de años, encabeza una
tercera serie y su último miembro de la familia es también otro isótopo estable
del plomo, de masa 203 (Fig. 23(c)).
En cada una de las series radiactivas existe un isótopo del gas noble radón que escapa del material natural y se incorpora a la atmósfera. Estos gases radiactivos son el radón-220, el radón-222 y el radón-219.
Finalmente, la tercera categoría de radisótopos pertenece a los radisótopos inducidos, los cuales se están produciendo continuamente en la naturaleza por medio de reacciones nucleares. Ahora sabemos que un fenómeno que se repite continuamente en la naturaleza es la producción de isótopos radiactivos. Los radisótopos inducidos se producen en la Tierra por el efecto de la radiación cósmica sobre los elementos en la Tierra. Entre los isótopos radiactivos formados por la interacción de los rayos cósmicos con diversos elementos se encuentra el carbono-14.
El carbono-14 es un isótopo radiactivo inducido. Desde la formación de la Tierra, el carbono-14 se ha creado en la atmósfera superior a causa de la transformación del nitrógeno por las reacciones de los rayos cósmicos. Los rayos cósmicos producen un gran número de partículas al entrar a la atmósfera; entre ellas, neutrones muy energéticos, los cuales reaccionan con los elementos existentes en la Tierra. En este caso particular, reaccionan con el nitrógeno-14, convirtiéndolo en otro elemento: el carbono-14, primero por medio de la captura de un neutrón y después por medio de un decaimiento beta. Este carbono reacciona con el oxígeno de la atmósfera y se convierte en bióxido de carbono, y a medida que el carbono-14 se desintegra nuevamente, transformándose en nitrógeno-14, se alcanza un estado de equilibrio entre las velocidades de producción y la de desintegración.
Cada gramo de materia viva contiene suficiente carbono radiactivo para dar alrededor de 16 desintegraciones por minuto. Al morir el organismo, deja de asimilar el carbono-14 y el radisótopo existente en el organismo decae con una vida media de más de 5 000 años.
La radiación natural a la que está expuesta la población proviene de la desintegración de isótopos radiactivos en la corteza terrestre, de la radiación cósmica y de los isótopos radiactivos que forman parte de los seres vivos, también llamada radiación interna. La primera depende del tipo de rocas que existen en el lugar, la segunda, de la altura sobre el nivel del mar, y la tercera, de la edad del ser humano y su dieta. Existen además otras fuentes de radiación que afectan a la población: las que se utilizan en equipo médico, o bien las que provienen de concentraciones muy elevadas de radisótopos en recintos cerrados y, en general, del extenso uso que se ha dado en este siglo a la energía nuclear. Es importante conocer el origen, la concentración y los efectos de las radiaciones nucleares, ya que producen modificaciones en la materia que atraviesan y, por lo tanto, pueden afectar el desarrollo y la estructura de las células vivas. En particular nos referimos a la radiación que recibe la población en forma continua y no a aquella que se debe a accidentes derivados del uso de la energía nuclear o a la aplicación de tratamientos médicos.
Actualmente se realizan nuevas investigaciones sobre el efecto de las radiaciones naturales en los seres vivos. Desde que se encontró que los isótopos radiactivos se pueden producir artificialmente, se han multiplicado en todo el mundo los centros de trabajo que laboran con estos isótopos. Simultáneamente aumentó el interés de los científicos por conocer los efectos de estas radiaciones. Se han formado comités internacionales que tienen a su cargo el estudio y la constante revisión de las dosis de radiación que recibe el personal que labora con dichos materiales.
A diferencia de la radiación artificial, la natural se consideró durante décadas como un fenómeno normal que existía en la naturaleza, de manera que el hombre estaba condicionado a ignorarla. Aunque en la literatura especializada aparecían en ocasiones informes de altas intensidades de radiación en casas y en ciertas zonas habitadas, éstos se consideraban como curiosidades de conversación. Esta forma de pensar cambió al finalizar la década de los setenta, pues la radiación natural se habia duplicado, y ciertos laboratorios, preocupados por sus efectos, iniciaron estudios en particular sobre los daños provocados por radiación de los descendientes del radón en los pulmones.
Radiactividad en la corteza terrestre
Los elementos radiactivos naturales se encuentran distribuidos en forma bastante uniforme en las rocas y suelos de la corteza terrestre, la cual está constituida principalmente por basalto y granito. La mayor parte de esta radiactividad proviene de las series radiactivas naturales, tiende a escapar de la corteza terrestre y puede ser arrastrada por el agua o algún otro fluido para migrar hacia la superficie terrestre y pasar finalmente a la atmósfera. El uranio es mucho más abundante en la naturaleza que otros elementos comunes; se encuentra en una proporción 40 veces mayor que la plata y 800 veces mayor que el oro. En la corteza, los granitos contienen una concentración de uranio que varía de 2 a 6 partes por millón aproximadamente y una concentración de torio de tres a cinco veces mayor. Existen regiones en las que, por distintas causas geológicas y geoquímicas, las concentraciones de los elementos radiactivos son anormalmente altas: es en los yacimientos de minerales radiactivos donde existen mayores cantidades de uranio y torio.
Los elementos radiactivos que se encuentran en la atmósfera se originan en la corteza terrestre y en el espacio exterior. Ya se ha visto que aquellos que provienen de la corteza terrestre son básicamente los isótopos del radón, que son gases y se incorporan a la atmósfera.
Además del radón que emana continuamente de la superficie terrestre, existen
fenómenos como las erupciones volcánicas que pueden arrastrar hacia la atmósfera
grandes cantidades de gases radiactivos, provenientes del magma. Los gases se
incorporan a la atmósfera y se dispersan en mayor o menor grado dependiendo
de las condiciones meteorológicas imperantes; al difundirse en el aire el material
radiactivo se desintegra y origina una serie de hijos, en muchas ocasiones también
radiactivos, que se fijan en partículas suspendidas en la atmósfera. En los
recintos cerrados, como las casas habitación, la radiación proviene principalmente
del radón y de sus hijos (Fig. 24).
Figura 24. Arriba: Porcentajes de dosis universal. Abajo: Fuente
de radón en casas habitación. (Referencia: Segovia y Bulbulian, Ciencia y
Desarrollo 70, p. 41, 1986.)
La radiación interna proviene de las sustancias radiactivas presentes en los alimentos, en el agua y en el aire, las cuales, al ser ingeridas o inhaladas, se absorben en los tejidos vivos. Los principales isótopos radiactivos que contiene el cuerpo humano son el potasio-40, el carbono-14 y el tritio, pero también pueden encontrarse cantidades menores de algunos elementos pesados como el radio, el plomo o el uranio.
Los efectos del radón en los seres vivos
La radiación que existe en el habitat se encuentra clasificada en forma esquemática en la figura 24. En ésta puede apreciarse que el mayor porcentaje de la dosis de radiación que recibe la población lo proporcionan el radón y sus descendientes, y es precisamente este elemento el que ha mostrado la importancia que puede tener la radiación natural para el hombre y la urgencia de estudiar sus efectos en los seres vivos.
El radón o cualquiera de sus descendientes al ser inhalados se adhieren a las paredes y membranas del sistema respiratorio de los seres vivos, y su desintegración es una fuente de radiación en el epitelio pulmonar. El radón es un gas, por lo tanto podrá eliminarse por exhalación, y sólo sus hijos, que se desintegran dentro del pulmón, podrán producir algún efecto en el ser humano. Aunque las concentraciones promedio del radón en la atmósfera no son particularmente dañinas, cuando este elemento queda atrapado en algún recinto cerrado como una cueva, una mina, un sótano o una casa, su concentración puede aumentar considerablemente y causar daño en los seres vivos.
Las minas de uranio son las que generan mayor cantidad de radón; pero otros tipos de minas también pueden atrapar, en los túneles subterráneos, gran cantidad de este elemento. Así, en países como Suecia, antes de iniciar la industria minera de uranio, se consideró necesario imponer normas de seguridad para evitar que los trabajadores de las minas recibieran exceso de radiación emitida por los hijos del radón.
La gran mayoría de los materiales que el hombre utiliza en la construcción de casas habitación proceden de elementos que existen en la corteza terrestre, los cuales serán radiactivos en mayor o menor grado, dependiendo de su naturaleza y procedencia. Los isótopos radiactivos presentes en los materiales de construcción son principalmente los de uranio, del torio, los descendientes de ambos y el potasio-40. Como consecuencia, el hombre, que habita en el interior de edificios, se halla sometido a radiación, cuyo valor depende del tipo de materiales empleados (Fig. 24). A través del tiempo, el ser humano ha aumentado el lapso de permanencia en los edificios. Estudios recientes realizados muestran que los empleados y las amas de casa pasan 85 y 90% del día, respectivamente, dentro de edificios. En los países con climas extremosos, donde se aislan los recintos para evitar cambios de temperatura, el radón se incorpora al ambiente del recinto no ventilado y aumenta la concentración de los descendientes del radón. Las fuentes de radón en el aire de las casas se encuentran en el suelo y rocas sobre las cuales está construida la vivienda, en el agua, en el gas doméstico y los materiales de construcción.
La radiactividad en el habitat ha sufrido transformaciones, principalmente a causa de los cambios de costumbres del ser humano. Cada vez existe más conciencia sobre la importancia de conocer los contaminantes que circundan nuestra vida, y, en el caso de la radiactividad natural, se están estudiando sus alcances y el riesgo que ésta implica para los seres vivos. Aunque se trata de dosis bajas de radiación, éstas pueden ser importantes porque afectan a toda la población.
A medida que se avance en el conocimiento de las radiaciones naturales a las que se encuentran expuestos los seres vivos, se podrá investigar sistemáticamente su efecto sobre las células y la transferencia de la información genética.
