Φυσική ραδιενέργεια σε σχέση με την ορυκτολογία, γεωχημεία ουρανίου και θορίου μαγματικών πετρωμάτων από τον ελλαδικό χώρο: συμβολή στη χρήση φυσικών δομικών υλικών

Abstract

The study of natural radioactivity present in rocks and ornament stones, such as granite, the use of which as building material has been increased over the last years, is an important issue in radiological protection as it provides the possibility to assess any associated health hazard. One hundred twenty four samples from every major pluton of Greece have been studied for their activity concentrations of ⁴⁰K, ²³²Th and ²³⁸U by using gamma-ray spectroscopy. In order to assess the radiological impact of the investigated rocks, absorbed gamma dose rate (Da), annual effective dose (Ηᴇ), activity index (AI) and gamma-ray index (Iγ) were estimated. The above activity concentrations and hazard indices were compared to those of plutonic rock samples from all over the world, to the imported granitic rocks in Greece, as well as to other building materials. It is concluded that the concentration in radionuclides and the radioactivity indices of the granitic rocks of Greece is equal or lower than the respective values given by the granitic rocks of the global commerce or those which are imported in Greece. The study of the Th/U ratio in the granitic rocks of Greece, provides useful information about samples that are enriched or depleted in U. In some cases this might be due to the reaction of underground water and the rock or by the influence of hydrothermal solutions. The chemical and mineralogical composition of the rocks studied, was correlated to the concentrations of the natural radionuclides, however no correlation is present between minerals and radionuclides. This is true not only for major minerals, but for minor minerals as well. The concentration of natural radionuclides was also studied in mineral grains that were separated from two samples demonstrating relatively high natural radioactivity. According to this study, the concentrations of natural radionuclides has given values of great range in grains of the same mineral, even in the same rock. This makes rather impossible from statistical point of view the connection of the whole rock radioactivity and the abundance of certain minerals. In comparison thorite, zircon and apatite appear to be the most radioactive minerals studied. The study of the Th/U ratio in mineral grains has also been used to study the mobilization of U within the same rock. The extraction, exploitation and trade of marble is one of the most important comparative advantages of Greek economy. However, despite of the presence of many granitic bodies of various sizes in Greece, no granites are extracted systematically. As a result the domestic demand of granites is almost totally covered by imports of either raw or processed granite. This has a serious impact to the trade gap of granites, which increases over the last fifteen years. Data on the Greek granite market are presented and evaluated, in order to elucidate the current trends. According to these, the demand for granites and the penetration of granites in the marble-granite market appear to increase over the period 1992-2008. The main factors that affect the demand for granites are the number of hotels built and the net per capita disposable income of the consumers and to a less extent the number of new and renovated dwellings.

Η μελέτη της φυσικής ραδιενέργειας των πετρωμάτων που μπορούν να χρησιμοποιηθούν ως δομικά υλικά ή διακοσμητικοί λίθοι, όπως ο γρανίτης, η χρήση των οποίων αυξάνεται τελευταία χρόνια, παρουσιάζει ιδιαίτερο ενδιαφέρον στην προστασία από τις ραδιενεργές ακτινοβολίες, καθώς παρέχει τη δυνατότητα να αξιολογηθεί κάθε κίνδυνος για την υγεία του ανθρώπου. Εκατόν είκοσι τέσσερα γρανιτικά δείγματα από κάθε σημαντικό πλουτωνίτη της Ελλάδας μελετήθηκαν ως προς τις συγκεντρώσεις τους σε ⁴⁰K, ²³²Th και ²³⁸U με χρήση της φασματοσκοπίας ακτίνων-γ. Προκειμένου να αξιολογηθεί ο πιθανός κίνδυνος της χρήσης των παραπάνω πετρωμάτων ως δομικών υλικών, υπολογίστηκαν ορισμένοι συντελεστές δόσης ακτινοβολίας. Αυτοί είναι ο ρυθμός απορροφούμενης δόσης (Da), η ετήσια ισοδύναμη δόση (Ηᴇ), ο δείκτης ενεργότητας (AI) και δείκτης ακτίνων-γ (Iγ). Οι συγκεντρώσεις ραδιενεργών νουκλιδίων, όπως και οι δείκτες δόσης ακτινοβολίας, συγκρίθηκαν με αντίστοιχες τιμές πετρωμάτων από όλο τον κόσμο, με αυτές των εισαγόμενων γρανιτικών πετρωμάτων στην Ελλάδα, καθώς και με τις τιμές άλλων οικοδομικών υλικών. Από τις συγκρίσεις αυτές, προέκυψε ότι οι συγκεντρώσεις των ραδιονουκλιδίων και οι δείκτες ραδιενέργειας των ελληνικών γρανιτών είναι χαμηλότεροι ή ίσοι από τους αντίστοιχους γρανίτες του διεθνούς εμπορίου και από τους εισαγόμενους στην Ελλάδα. Η μελέτη του λόγου Th/U των γρανιτικών πετρωμάτων της Ελλάδας, μπορεί να παρέχει χρήσιμες πληροφορίες για τα δείγματα που είναι εμπλουτισμένα ή εκπτωχευμένα σε U. Σε ορισμένες περιπτώσεις αυτό μπορεί να οφείλεται στην επίδραση των υπογείων υδάτων επί του πετρώματος ή στις επιδράσεις υδροθερμικών διαλυμάτων. Η χημική και ορυκτολογική σύσταση των πετρωμάτων που μελετήθηκαν, συσχετίστηκε με τις συγκεντρώσεις των φυσικών ραδιονουκλϊδίων, ωστόσο δεν προκύπτει κάποιος συσχετισμός μεταξύ της αφθονίας των ορυκτών (είτε αναφερόμαστε σε κύρια ορυκτά, είτε σε επουσιώδη). Μόνο στην περίπτωση του χρωματικού δείκτη και του λόγου K-αστρίων/πλαγιοκλάστων εμφανίζεται κάποια σαφής τάση συσχέτισης. Σε ό,τι αφορά τη χημική σύσταση των πετρωμάτων, είναι εμφανής μια τάση αύξησης της συγκέντρωσης των φυσικών ραδιονουκλιδίων με αύξηση της αφθονίας των Na και Κ. Η μελέτη των συγκεντρώσεων των φυσικών ραδιονουκλιδίων σε δύο δείγματα της διατριβής με υψηλή ραδιενέργεια, δίνει ένα πολύ μεγάλο εύρος τιμών σε όλα τα ορυκτά, καθιστώντας μη εφικτή τη σύνδεση της φυσικής ραδιενέργειας του ολικού πετρώματος με την αφθονία των ορυκτών του συστατικών. Αναλογικά, υψηλότερη ραδιενέργεια παρουσιάζουν ορυκτά όπως ο θορίτης, το ζιρκόνιο, ο απατίτης σε σχέση με τα υπόλοιπα που μελετήθηκαν. Η εμφάνιση αυτού του μεγάλου εύρους μπορεί να θεωρηθεί υπεύθυνη για τη μη ύπαρξη στατιστικά σημαντικών συντελεστών συσχέτισης μεταξύ ορυκτολογίας και συγκέντρωσης φυσικών ραδιονουκλιδίων σε ολικό πέτρωμα. Η μελέτη επίσης του λόγου Th/U σε ορυκτά, χρησιμοποιήθηκε για να δοθεί η εικόνα της δράσης διαδικασιών κινητοποίησης του U μέσα στο ίδιο το πέτρωμα. Η εξόρυξη, εκμετάλλευση και εμπορία μαρμάρων είναι ένα από τα σημαντικότερα συγκριτικά πλεονεκτήματα της ελληνικής οικονομίας. Ωστόσο, παρά την ύπαρξη πολλών γρανιτικών σωμάτων στην Ελλάδα, δεν υπάρχει συστηματική εξόρυξη γρανιτών. Ως αποτέλεσμα, η εγχώρια ζήτηση των γρανιτών σχεδόν καλύπτεται πλήρως από τις εισαγωγές, είτε ακατέργαστου, είτε κατεργασμένου γρανίτη. Αυτό έχει σοβαρές επιπτώσεις στο έλλειμμα του εμπορικού ισοζυγίου των γρανιτών, το οποίο αυξάνεται τα τελευταία δεκαπέντε χρόνια. Παρουσιάζονται και αξιολογούνται στοιχεία για την ελληνική αγορά γρανίτη, προκειμένου να διευκρινιστούν οι τρέχουσες τάσεις. Σύμφωνα με αυτά, η ζήτηση για γρανίτες στην αγορά μαρμάρου-γρανίτη φαίνεται να αυξάνει κατά την περίοδο 1992-2008. Οι κύριοι παράγοντες που επηρεάζουν τη ζήτηση για γρανίτες είναι ο αριθμός των νέων ξενοδοχείων και το καθαρό κατά κεφαλήν διαθέσιμο εισόδημα των καταναλωτών και σε μικρότερο βαθμό ο αριθμός των νέων και ανακαινισμένων κτιρίων.