Promieniowanie to nieodłączny element środowiska. Występuje na Ziemi od początku jej istnienia. Profesor Agnieszka Dołhańczuk-Śródka, dyrektor Instytutu Inżynierii Środowiska i Biotechnologii Uniwersytetu Opolskiego, a także kierowniczka Katedry Badań Promieniotwórczości w Środowisku, w rozmowie z ekoetos.pl, wyjaśnia czy naturalne promieniowanie stanowi zagrożenie dla człowieka, a także w jaki sposób oddziałuje na organizmy żywe.
Promieniowanie to naturalny element środowiska. Jakie są jego źródła? Gdzie występuje to promieniowanie?
Promieniowanie jonizujące jest naturalnym elementem środowiska Ziemi i było obecne na naszej planecie na długo przed pojawieniem się człowieka. Jego źródła możemy podzielić na naturalne i antropogeniczne.
Do naturalnych źródeł należą radionuklidy występujące w skorupie ziemskiej, m.in. uran-238, tor-232, rad-226 czy potas-40. Znajdują się w skałach, glebie, wodzie, materiałach budowlanych, a w niewielkich ilościach także w organizmach żywych i żywności. Ważnym źródłem ekspozycji człowieka jest również radon-222 – radioaktywny gaz powstający w szeregu przemian uranu, przede wszystkim w wyniku rozpadu radu-226 znajdującego się w podłożu geologicznym.
Naturalnym radionuklidem, szczególnie dobrze pokazującym, że promieniotwórczość jest nieodłączną częścią naszego środowiska, jest potas-40 (K-40). Ten izotop potasu występuje w skałach i glebie, a także w wodzie, żywności oraz w organizmach żywych. Ponieważ potas jest pierwiastkiem niezbędnym do prawidłowego funkcjonowania organizmu, niewielkie ilości K-40 znajdują się również w ciele każdego człowieka. Oznacza to, że naturalna promieniotwórczość nie pochodzi wyłącznie z otaczającego nas środowiska – w pewnym sensie sami również jesteśmy jej źródłem.
Naturalnym źródłem jest również promieniowanie kosmiczne docierające do Ziemi. Jego natężenie zwiększa się wraz z wysokością nad poziomem morza, dlatego większą ekspozycję obserwujemy np. podczas lotów samolotem czy pobytu w górach.
Istnieją również radionuklidy pochodzenia antropogenicznego, związane m.in. z dawnymi próbami jądrowymi, awariami obiektów jądrowych, medycyną nuklearną czy działalnością przemysłową.
Warto podkreślić, że sama obecność radionuklidu w środowisku nie oznacza zagrożenia. Istotne są jego stężenie lub aktywność, rodzaj emitowanego promieniowania oraz droga i czas narażenia człowieka.
Jak radionuklidy przemieszczają się w środowisku i trafiają do organizmów?
Radionuklidy mogą przemieszczać się pomiędzy poszczególnymi elementami środowiska. Proces ten określany jest jako migracja radionuklidów.
W atmosferze mogą być transportowane wraz z aerozolami i pyłami, a następnie osadzać się na powierzchni gleby i roślin. Z gleby część radionuklidów może być pobierana przez system korzeniowy roślin, wymywana do wód powierzchniowych i podziemnych albo wiązana przez minerały glebowe i materię organiczną.
Następnie radionuklidy mogą wchodzić do łańcuchów pokarmowych. Roślina może pobrać radionuklid z gleby, zwierzę może zjeść tę roślinę, a człowiek może spożyć produkt roślinny lub zwierzęcy.
Bardzo dużo zależy jednak od właściwości konkretnego pierwiastka. Przykładowo cez zachowuje się w pewnym stopniu podobnie do potasu, natomiast stront może być traktowany przez organizm podobnie jak wapń. Dlatego różne radionuklidy mają odmienną mobilność w środowisku i różną zdolność do kumulowania się w organizmach.
Jak promieniowanie występujące w glebie, powietrzu czy wodzie wpływa na zdrowie człowieka?
Nie możemy mówić o jednym uniwersalnym wpływie promieniowania na człowieka. Wszystko zależy od dawki, rodzaju promieniowania, czasu narażenia oraz tego, czy mamy do czynienia z napromienieniem zewnętrznym, czy z radionuklidami, które dostały się do organizmu.
Przy typowych poziomach naturalnego promieniowania środowiskowego mamy do czynienia z ekspozycją, której człowiek podlega przez całe życie. Problem pojawia się wtedy, gdy narażenie jest znacząco podwyższone lub trwa przez wiele lat.
Dobrym przykładem jest radon. Sam gaz jest wdychany i wydychany, ale szczególne znaczenie radiologiczne mają jego krótkożyciowe produkty rozpadu. Mogą one osadzać się w drogach oddechowych i emitować promieniowanie alfa. Dlatego długotrwała ekspozycja na podwyższone stężenie radonu w pomieszczeniach zwiększa ryzyko zachorowania na raka płuc.
W przypadku wody czy gleby istotna jest natomiast możliwość przedostawania się radionuklidów do organizmu poprzez wodę pitną, żywność lub pyły.
Radioizotopy występują również w żywności. Czy jest to bezpieczne dla ludzi? Czy ma to wpływ na bezpieczeństwo żywnościowe?
Tak, radionuklidy występują w żywności zarówno naturalnie, jak i – w określonych sytuacjach – mogą pojawiać się w niej w wyniku skażenia środowiska.
Naturalnym przykładem jest potas-40, obecny w wielu produktach spożywczych. Jest on częścią naturalnego potasu, dlatego jego obecność w żywności sama w sobie nie stanowi zagrożenia.
Inaczej traktowane są radionuklidy pochodzenia antropogenicznego, takie jak cez-137 (Cs-137) czy stront-90 (Sr-90). Mogą one trafiać do środowiska m.in. w wyniku prób jądrowych lub awarii obiektów jądrowych. Cez-137 zachowuje się w organizmach w pewnym stopniu podobnie do potasu i może być pobierany przez rośliny, a następnie trafiać do produktów pochodzenia roślinnego i zwierzęcego. Stront-90 jest natomiast chemicznie podobny do wapnia, dlatego może być wbudowywany w tkankę kostną.
Szczególnie interesującym przykładem jest Cs-137, który ze względu na stosunkowo długi okres półtrwania, wynoszący około 30 lat, nadal może być wykrywany w niektórych elementach środowiska i żywności, zwłaszcza pochodzącej z ekosystemów leśnych, takich jak grzyby czy dziczyzna.
Wykrycie radionuklidu w żywności nie oznacza jednak, że produkt jest niebezpieczny. O bezpieczeństwie decyduje przede wszystkim jego aktywność, ilość spożywanego produktu oraz dawka, jaką może otrzymać człowiek. Dlatego żywność może być kontrolowana radiometrycznie, zwłaszcza po zdarzeniach radiacyjnych lub na terenach, gdzie wcześniej występowało skażenie.
Z punktu widzenia bezpieczeństwa żywnościowego ważne jest więc nie tyle pytanie, czy radionuklidy są obecne w żywności, ponieważ w pewnym zakresie są obecne naturalnie, lecz czy ich poziom może prowadzić do istotnego narażenia człowieka.
Jak zwierzęta reagują na promieniowanie?
Mechanizmy biologicznego oddziaływania promieniowania jonizującego u zwierząt są w wielu aspektach podobne do tych obserwowanych u człowieka. Promieniowanie może powodować jonizację cząsteczek, powstawanie wolnych rodników i uszkodzenia struktur komórkowych, w tym DNA.
Efekt zależy przede wszystkim od dawki. Przy wysokich dawkach mogą występować wyraźne uszkodzenia tkanek, zaburzenia rozrodu czy zwiększona śmiertelność. Przy długotrwałej ekspozycji na mniejsze dawki potencjalne skutki są subtelniejsze i znacznie trudniejsze do jednoznacznego wykazania.
Bardzo ważne jest również to, że poszczególne gatunki różnią się wrażliwością na promieniowanie. Znaczenie ma długość życia organizmu, tempo rozmnażania, metabolizm oraz zdolność naprawy uszkodzeń komórkowych. W badaniach środowiskowych nie można przenosić wyników uzyskanych dla jednego gatunku na wszystkie pozostałe.
Czy radionuklidy w środowisku wywołują stres u roślin?
Przy odpowiednio dużej ekspozycji promieniowanie jonizujące może wywoływać u roślin stres oksydacyjny i prowadzić do zwiększonego powstawania reaktywnych form tlenu. Może to wpływać na błony komórkowe, białka, materiał genetyczny, proces fotosyntezy czy wzrost roślin. Podobnie jak w przypadku ludzi i zwierząt, fundamentalne znaczenie ma dawka
Rośliny dysponują jednak szeregiem mechanizmów obronnych, m.in. systemami antyoksydacyjnymi i mechanizmami naprawczymi.
Czy długotrwałe narażenie na promieniowanie może wywołać skutki po latach u ludzi, zwierząt oraz roślin?
Tak, skutki działania promieniowania mogą pojawiać się po długim czasie. W radiobiologii rozróżniamy m.in. skutki występujące stosunkowo szybko po dużym narażeniu oraz skutki późne.
W przypadku człowieka jednym z najważniejszych problemów związanych z przewlekłą ekspozycją jest możliwość zwiększenia prawdopodobieństwa wystąpienia nowotworu. Klasycznym przykładem ekspozycji środowiskowej jest wieloletnie narażenie na radon w pomieszczeniach.
W przypadku zwierząt i roślin długotrwałe oddziaływanie odpowiednio dużych dawek może prowadzić m.in. do zmian reprodukcyjnych, fizjologicznych, cytogenetycznych czy genetycznych.
Trzeba bardzo uważać przy interpretacji takich obserwacji. Organizmy żywe są jednocześnie narażone na wiele innych czynników środowiskowych – zanieczyszczenia chemiczne, niedobór wody, zmiany temperatury, choroby czy stres pokarmowy. Udowodnienie, że określony efekt został spowodowany właśnie przez promieniowanie, wymaga więc dobrze zaprojektowanych badań.
W jaki sposób bada się radioizotopy w naturalnym środowisku? Jak wyglądają takie prace naukowe?
Badania radioaktywności środowiska łączą pracę terenową, laboratoryjną oraz analizę danych.
W terenie pobieramy próbki gleby, wody, osadów, roślin czy innych elementów środowiska. Mierzymy również promieniowanie bezpośrednio w miejscu prowadzenia badań.
W laboratorium wykorzystuje się różne techniki, w zależności od badanego radionuklidu. Jedną z podstawowych metod jest spektrometria promieniowania gamma, pozwalająca identyfikować i oznaczać aktywność wielu radionuklidów w próbkach środowiskowych. Stosowane są również techniki spektrometrii alfa, liczniki ciekłoscyntylacyjne czy inne specjalistyczne metody radiometryczne.
Oddzielnym obszarem są pomiary radonu. Możemy wykorzystywać zarówno urządzenia prowadzące pomiar w czasie rzeczywistym, jak i detektory pasywne, np. detektory śladowe CR-39, pozostawiane w badanym miejscu przez kilka tygodni lub miesięcy.
Sama aparatura stanowi jednak tylko część badań. Niezwykle ważne są prawidłowe pobieranie próbek, procedury kontroli jakości, wzorcowanie aparatury, materiały odniesienia, udział w badaniach biegłości oraz oszacowanie niepewności wyniku.
W badaniach promieniotwórczości bardzo łatwo jest bowiem uzyskać jakąś liczbę. Znacznie trudniej jest uzyskać wynik, o którym możemy powiedzieć, że jest wiarygodny, porównywalny i prawidłowo zinterpretowany.
Czy naturalne promieniowanie może w przyszłości stać się realnym zagrożeniem?
Naturalne promieniowanie już dzisiaj jest jednym z elementów narażenia człowieka, ale nie powinniśmy przedstawiać go jako nowego zagrożenia, które nagle pojawi się w przyszłości. Jest ono częścią środowiska Ziemi od początku jej istnienia. To, co może się zmieniać, to warunki naszej ekspozycji.
Dobrym przykładem ponownie jest radon. Nie jest to nowe zanieczyszczenie – istniał zawsze. Jednak sposób budowania i użytkowania budynków, ich szczelność, wentylacja, termomodernizacja oraz właściwości podłoża mogą wpływać na stężenie radonu wewnątrz pomieszczeń.
Zmiany klimatu mogą z kolei oddziaływać na procesy środowiskowe wpływające na migrację niektórych radionuklidów, np. poprzez erozję, pożary, susze, powodzie czy zmiany obiegu wody. Nie oznacza to automatycznie wzrostu zagrożenia radiologicznego, ale jest interesującym problemem badawczym.
Najważniejsze jest więc monitorowanie środowiska i właściwa ocena ryzyka.
W przypadku promieniowania szczególnie ważna jest zasada: wykrycie radionuklidu nie jest równoznaczne z wykryciem zagrożenia. Dzisiejsza aparatura pozwala identyfikować niezwykle małe ilości substancji promieniotwórczych. Zadaniem naukowca jest nie tylko je zmierzyć, ale przede wszystkim odpowiedzieć na pytanie, czy obserwowany poziom ma znaczenie dla człowieka i środowiska.
Serdecznie dziękuję za niezwykle ciekawą rozmowę.
