IV. RADIACTIVIDAD EN LA NATURALEZA
LA NATURALEZA es una fuente inmensa de radiactividad, en donde, como ahora sabemos, existe un gran n�mero de radis�topos, algunos de ellos de una vida media largu�sima, quiz�s tan larga como la vida de la Tierra misma o m�s, y, por otro lado, radis�topos de vida media muy corta. La presencia de algunos de los radis�topos se liga a la radiaci�n c�smica, proveniente del Universo.
La radiaci�n c�smica primaria es aquella que se origina en el espacio exterior;
est� constituida por protones y part�culas alfa de energ�a muy elevada. Al pasar
a trav�s de la atm�sfera interact�a con elementos presentes en �sta, y como
consecuencia de esta interacci�n se originan radiaci�n gamma, electrones, neutrones,
mesones y otras part�culas energ�ticas, cuyo conjunto constituye lo que se conoce
con el nombre de radiaci�n c�smica secundaria (Fig. 22).
Figura 22. Efecto de la radiaci�n c�smica al interactuar con los constituyentes
de la atm�sfera, (Referencia: Segovia y Bulbulian, Ciencia y Desarrollo
23, p. 75, 1978.)
La intensidad de la radiaci�n c�smica es mayor en los sitios m�s elevados que en el nivel del mar: cuanto mayor es la altitud mayor es tambi�n la incidencia de los rayos c�smicos; contrariamente, la intensidad de la radiaci�n c�smica disminuye considerablemente en las minas profundas.
LA MUERTE Y EL NACIMIENTO DE �TOMOS. LAS SERIES RADIACTIVAS NATURALES
Los materiales radiactivos naturales se pueden clasificar en tres categor�as. La primera categor�a est� formada por los radis�topos primarios, que se llaman as� por existir desde que se form� la Tierra, hace cinco mil millones de a�os, y son aquellos que tienen una vida media muy larga, quiz�s como la edad de la Tierra o m�s. El potasio tiene un is�topo radiactivo de vida muy larga y es parte importante de la radiactividad natural; el rubidio, el samario y el lutecio tambi�n tienen is�topos 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 mayor�a de los radis�topos primarios proviene del uranio-238, el torio-232 y, finalmente, el uranio-235.
Ya desde 1900 se hab�a descubierto que los compuestos de uranio reci�n preparados eran s�lo d�bilmente radiactivos, pero que su radiactividad aumentaba con el tiempo. Fueron Ernest Rutherford y su colaborador Frederick Soddy quienes encontraron que cuando un �tomo de uranio emite una part�cula alfa su naturaleza cambia. Se convierte en un nuevo tipo de �tomo, con diferentes caracter�sticas radiactivas, produciendo radiaciones m�s intensas que las del propio uranio.
Este segundo �tomo se descompone a su vez formando un tercer tipo de �tomo, y as� sucesivamente. Mostraron que existen cadenas de n�cleos emparentadas entre diversos cuerpos radiactivos, que un �tomo muere y da lugar al nacimiento de uno o varios �tomos de especies diferentes. Estos nuevos �tomos radiactivos son los radis�topos que pertenecen a la segunda categor�a; se denominan radis�topos secundarios y se van formando por el decaimiento de otros is�topos radiactivos. Como tienen vidas medias muy cortas comparadas con la edad de la Tierra, no podr�a explicarse su existencia si no fuera porque se est�n formando continuamente por desintegraci�n de los is�topos primarios.
Las investigaciones sobre las desintegraciones sucesivas han permitido agrupar las sustancias radiactivas en series o familias. Gracias a la observaci�n de estos �tomos 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 is�topo estable; los is�topos generados por desintegraciones sucesivas son los descendientes o hijos.
El uranio-238 tiene una vida media enorme, de cuatro mil quinientos millones
de a�os; en toda la historia de la Tierra, s�lo una parte de la reserva original
de uranio ha tenido posibilidades de desintegrarse. Este is�topo 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 "radiaci�n ur�nica" observada por Becquerel se debe a la inestabilidad
del uranio-238. Al desintegrarse, emite una part�cula alfa y se transforma en
torio-234; �ste origina otro n�cleo inestable, y as� sucesivamente (Fig. 23(a)).
Figura 23. (a) Serie radiactiva del uranio-238. (Collins, C. H., J.C. Andrade y K.E. Collins, Qu�mica Nova 4, p. 57, 1981.)
La vida media del radio es poco menor de mil seiscientos a�os. Al cabo de varios miles de a�os no quedar�a nada de radio en la corteza terrestre de no ser porque se forma constantemente a trav�s de la desintegraci�n 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.
Adem�s del uranio-238, que, como hemos visto, tiene una vida media muy larga,
existe un is�topo radiactivo del elemento torio, el torio-232, que se desintegra
a�n m�s lentamente que el uranio-238, siendo su vida media de catorce mil millones
de a�os, mientras que el torio-234, que pertenece a la serie del uranio-238,
tiene una vida media de s�lo 24 d�as. Con el torio-232, precisamente, empieza
tambi�n una segunda serie radiactiva. El torio-232 encabeza esta segunda serie
radiactiva conocida corno serie del torio, cuyo �ltimo miembro es el plomo de
masa 208, que es estable (Fig. 23(b)).
El uranio-235, de una vida media de s�lo 700 000 000 de a�os, encabeza una
tercera serie y su �ltimo miembro de la familia es tambi�n otro is�topo estable
del plomo, de masa 203 (Fig. 23(c)).
En cada una de las series radiactivas existe un is�topo del gas noble rad�n que escapa del material natural y se incorpora a la atm�sfera. Estos gases radiactivos son el rad�n-220, el rad�n-222 y el rad�n-219.
Finalmente, la tercera categor�a de radis�topos pertenece a los radis�topos inducidos, los cuales se est�n produciendo continuamente en la naturaleza por medio de reacciones nucleares. Ahora sabemos que un fen�meno que se repite continuamente en la naturaleza es la producci�n de is�topos radiactivos. Los radis�topos inducidos se producen en la Tierra por el efecto de la radiaci�n c�smica sobre los elementos en la Tierra. Entre los is�topos radiactivos formados por la interacci�n de los rayos c�smicos con diversos elementos se encuentra el carbono-14.
El carbono-14 es un is�topo radiactivo inducido. Desde la formaci�n de la Tierra, el carbono-14 se ha creado en la atm�sfera superior a causa de la transformaci�n del nitr�geno por las reacciones de los rayos c�smicos. Los rayos c�smicos producen un gran n�mero de part�culas al entrar a la atm�sfera; entre ellas, neutrones muy energ�ticos, los cuales reaccionan con los elementos existentes en la Tierra. En este caso particular, reaccionan con el nitr�geno-14, convirti�ndolo en otro elemento: el carbono-14, primero por medio de la captura de un neutr�n y despu�s por medio de un decaimiento beta. Este carbono reacciona con el ox�geno de la atm�sfera y se convierte en bi�xido de carbono, y a medida que el carbono-14 se desintegra nuevamente, transform�ndose en nitr�geno-14, se alcanza un estado de equilibrio entre las velocidades de producci�n y la de desintegraci�n.
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 radis�topo existente en el organismo decae con una vida media de m�s de 5 000 a�os.
La radiaci�n natural a la que est� expuesta la poblaci�n proviene de la desintegraci�n de is�topos radiactivos en la corteza terrestre, de la radiaci�n c�smica y de los is�topos radiactivos que forman parte de los seres vivos, tambi�n llamada radiaci�n 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 adem�s otras fuentes de radiaci�n que afectan a la poblaci�n: las que se utilizan en equipo m�dico, o bien las que provienen de concentraciones muy elevadas de radis�topos en recintos cerrados y, en general, del extenso uso que se ha dado en este siglo a la energ�a nuclear. Es importante conocer el origen, la concentraci�n 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 c�lulas vivas. En particular nos referimos a la radiaci�n que recibe la poblaci�n en forma continua y no a aquella que se debe a accidentes derivados del uso de la energ�a nuclear o a la aplicaci�n de tratamientos m�dicos.
Actualmente se realizan nuevas investigaciones sobre el efecto de las radiaciones naturales en los seres vivos. Desde que se encontr� que los is�topos radiactivos se pueden producir artificialmente, se han multiplicado en todo el mundo los centros de trabajo que laboran con estos is�topos. Simult�neamente aument� el inter�s de los cient�ficos por conocer los efectos de estas radiaciones. Se han formado comit�s internacionales que tienen a su cargo el estudio y la constante revisi�n de las dosis de radiaci�n que recibe el personal que labora con dichos materiales.
A diferencia de la radiaci�n artificial, la natural se consider� durante d�cadas como un fen�meno normal que exist�a en la naturaleza, de manera que el hombre estaba condicionado a ignorarla. Aunque en la literatura especializada aparec�an en ocasiones informes de altas intensidades de radiaci�n en casas y en ciertas zonas habitadas, �stos se consideraban como curiosidades de conversaci�n. Esta forma de pensar cambi� al finalizar la d�cada de los setenta, pues la radiaci�n natural se habia duplicado, y ciertos laboratorios, preocupados por sus efectos, iniciaron estudios en particular sobre los da�os provocados por radiaci�n de los descendientes del rad�n 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 est� 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 alg�n otro fluido para migrar hacia la superficie terrestre y pasar finalmente a la atm�sfera. El uranio es mucho m�s abundante en la naturaleza que otros elementos comunes; se encuentra en una proporci�n 40 veces mayor que la plata y 800 veces mayor que el oro. En la corteza, los granitos contienen una concentraci�n de uranio que var�a de 2 a 6 partes por mill�n aproximadamente y una concentraci�n de torio de tres a cinco veces mayor. Existen regiones en las que, por distintas causas geol�gicas y geoqu�micas, 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 atm�sfera se originan en la corteza terrestre y en el espacio exterior. Ya se ha visto que aquellos que provienen de la corteza terrestre son b�sicamente los is�topos del rad�n, que son gases y se incorporan a la atm�sfera.
Adem�s del rad�n que emana continuamente de la superficie terrestre, existen
fen�menos como las erupciones volc�nicas que pueden arrastrar hacia la atm�sfera
grandes cantidades de gases radiactivos, provenientes del magma. Los gases se
incorporan a la atm�sfera y se dispersan en mayor o menor grado dependiendo
de las condiciones meteorol�gicas imperantes; al difundirse en el aire el material
radiactivo se desintegra y origina una serie de hijos, en muchas ocasiones tambi�n
radiactivos, que se fijan en part�culas suspendidas en la atm�sfera. En los
recintos cerrados, como las casas habitaci�n, la radiaci�n proviene principalmente
del rad�n y de sus hijos (Fig. 24).
Figura 24. Arriba: Porcentajes de dosis universal. Abajo: Fuente
de rad�n en casas habitaci�n. (Referencia: Segovia y Bulbulian, Ciencia y
Desarrollo 70, p. 41, 1986.)
La radiaci�n 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 is�topos radiactivos que contiene el cuerpo humano son el potasio-40, el carbono-14 y el tritio, pero tambi�n pueden encontrarse cantidades menores de algunos elementos pesados como el radio, el plomo o el uranio.
Los efectos del rad�n en los seres vivos
La radiaci�n que existe en el habitat se encuentra clasificada en forma esquem�tica en la figura 24. En �sta puede apreciarse que el mayor porcentaje de la dosis de radiaci�n que recibe la poblaci�n lo proporcionan el rad�n y sus descendientes, y es precisamente este elemento el que ha mostrado la importancia que puede tener la radiaci�n natural para el hombre y la urgencia de estudiar sus efectos en los seres vivos.
El rad�n o cualquiera de sus descendientes al ser inhalados se adhieren a las paredes y membranas del sistema respiratorio de los seres vivos, y su desintegraci�n es una fuente de radiaci�n en el epitelio pulmonar. El rad�n es un gas, por lo tanto podr� eliminarse por exhalaci�n, y s�lo sus hijos, que se desintegran dentro del pulm�n, podr�n producir alg�n efecto en el ser humano. Aunque las concentraciones promedio del rad�n en la atm�sfera no son particularmente da�inas, cuando este elemento queda atrapado en alg�n recinto cerrado como una cueva, una mina, un s�tano o una casa, su concentraci�n puede aumentar considerablemente y causar da�o en los seres vivos.
Las minas de uranio son las que generan mayor cantidad de rad�n; pero otros tipos de minas tambi�n pueden atrapar, en los t�neles subterr�neos, gran cantidad de este elemento. As�, en pa�ses como Suecia, antes de iniciar la industria minera de uranio, se consider� necesario imponer normas de seguridad para evitar que los trabajadores de las minas recibieran exceso de radiaci�n emitida por los hijos del rad�n.
La gran mayor�a de los materiales que el hombre utiliza en la construcci�n de casas habitaci�n proceden de elementos que existen en la corteza terrestre, los cuales ser�n radiactivos en mayor o menor grado, dependiendo de su naturaleza y procedencia. Los is�topos radiactivos presentes en los materiales de construcci�n 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 radiaci�n, cuyo valor depende del tipo de materiales empleados (Fig. 24). A trav�s 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 d�a, respectivamente, dentro de edificios. En los pa�ses con climas extremosos, donde se aislan los recintos para evitar cambios de temperatura, el rad�n se incorpora al ambiente del recinto no ventilado y aumenta la concentraci�n de los descendientes del rad�n. Las fuentes de rad�n en el aire de las casas se encuentran en el suelo y rocas sobre las cuales est� construida la vivienda, en el agua, en el gas dom�stico y los materiales de construcci�n.
La radiactividad en el habitat ha sufrido transformaciones, principalmente a causa de los cambios de costumbres del ser humano. Cada vez existe m�s conciencia sobre la importancia de conocer los contaminantes que circundan nuestra vida, y, en el caso de la radiactividad natural, se est�n estudiando sus alcances y el riesgo que �sta implica para los seres vivos. Aunque se trata de dosis bajas de radiaci�n, �stas pueden ser importantes porque afectan a toda la poblaci�n.
A medida que se avance en el conocimiento de las radiaciones naturales a las que se encuentran expuestos los seres vivos, se podr� investigar sistem�ticamente su efecto sobre las c�lulas y la transferencia de la informaci�n gen�tica.
