Minerales y rocas radiactivos

1. Un poco de historia

La historia de los minerales radiactivos va unida a la del descubrimiento de la radiactividad y sus protagonistas, que fundamentalmente fueron físicos y químicos.

En 1789 M. H. Klaproth obtuvo a partir de la pechblenda (una variedad de uraninita, UO2) un polvo negro que, según él, contenía un nuevo elemento químico. Sin embargo, fue E. Peligot quien en 1841 aisló por primera vez el uranio metálico.

En 1896 H. Becquerel observó que sólo los minerales de uranio (VI) eran fluorescentes y/o fosforescentes y que esta propiedad era independiente de la exposición al sol. Mientras, los minerales de uranio (IV) no eran fluorescentes ni fosforescentes, sin embargo emitían una radiación invisible que podía atravesar una lámina de aluminio e impresionar una placa fotográfica. Becquerel sugiere la existencia de los “rayos uránicos”, lo que hoy conocemos como radiactividad.

Marie y Pierre Curie observaron que los rayos uránicos de Becquerel no eran exclusivos del uranio y que también aparecían en el torio, además de en el polonio y en el radio que ambos descubrieron en 1898.

B. Boltwood descubrió en 1905 que el radio procedía de la desintegración del uranio y que el uranio estaba presente en muchos minerales como el zircón o la monacita. Además, introdujo el concepto de plomo radiogénico, es decir, el Pb como producto final de la desintegración del uranio. Observa que en rocas geológicamente muy antiguas la proporción plomo-uranio es mayor que en rocas más nuevas e inventa la datación de rocas y minerales mediante la medida de la proporción entre uranio y plomo revolucionando así la geología. Ya se puede estimar la edad de la tierra a partir de la de sus rocas.

A partir de aquí, se sucedieron en avalancha los descubrimientos que dieron lugar a la determinación de las series radiactivas naturales, el descubrimiento de la radiactividad artificial o la explicación de la naturaleza de la radiación cósmica, entre otros.

2. Radiactividad en la Tierra

Hoy sabemos que en torno al 80 % de la radiación de fondo que recibimos anualmente por vivir en la Tierra (en promedio 2 mSv, como un TAC de cabeza) procede de los minerales que nos rodean, la radiación cósmica y los alimentos que tomamos. Por lo tanto, no parece caprichoso aprender un poco más de los minerales y de las rocas (que son mezclas heterogéneas de minerales) que nos irradian a diario.

Nuestro planeta nos vino de serie hace unos 4500 millones de años con unos pocos radioisótopos, a los que llamamos primarios por tener vidas medias al menos tan largas como la propia edad de la Tierra. Los más importantes por su abundancia y contribución a la radiación de fondo son el K-40 (presente en alimentos y rocas como las arcillas), el Th-232 y el U-238, U-235 (presentes en muchos minerales). Éstos forman cationes grandes que requieren minerales y rocas con estructuras cristalinas amplias capaces de albergarlos.

De la desintegración radiactiva de los radioisótopos primarios y sucesivos surgen series de isótopos secundarios, que como ocurre en el caso del uranio-radio, a veces producen radiaciones más intensas que los primarios. Al tener vidas medias más cortas que la edad de la Tierra, su existencia sólo se puede explicar por la de los primarios. Uno de los radioisótopos secundarios más relevantes por su contribución a la dosis de fondo es el radón (Rn-222) que, al ser un gas, constituye la principal fuente de radiación por inhalación. El radón está emanando continuamente de la superficie terrestre.

Finalmente, los radioisótopos terciarios son los que son inducidos continuamente en la naturaleza por medio de reacciones nucleares producidas por la radiación cósmica. Entre los terciarios más nombrados tenemos el C-14, que se ha tornado muy útil para la datación de restos orgánicos.

Aunque los radioisótopos están distribuidos alrededor de la superficie terrestre de una manera más o menos uniforme, existen regiones en las que por distintas causas geológicas y geoquímicas, las concentraciones de los elementos radiactivos son anormalmente altas. Además, en contra de lo que cabría pensar, el uranio y el torio son mucho más abundantes en la Naturaleza que otros elementos estando en una proporción casi 1000 veces mayor que el oro, por ejemplo.

A continuación, voy a presentar de manera muy somera los tipos de rocas en los que se suelen concentrar los minerales radiactivos y algunos ejemplos de éstos.

3.- Rocas y Minerales

Granito

Granito, roca muy utilizada en la construcción

Las rocas ígneas (granito, pegmatita, riolita, toba volcánica, etc.), formadas tras el enfriamiento y solidificación del magma o roca fundida del interior de la tierra, a menudo contienen elementos radiactivos distribuidos dentro de partículas cristalinas muy finas. Pero la radiactividad no es exclusiva de estas rocas ya que, a veces, los depósitos de rocas formadas por acumulación de sedimentos o sedimentarias (conglomerados, arcillas, areniscas, esquistos arcillosos, calizas, etc.), al ser porosas y permeables alojan bien minerales de U y Th dando lugar a yacimientos importantes de minerales radiactivos. Las rocas metamórficas (mármol, cuarcita, esquistos metamórficos, gneis, pizarra, etc.), formadas a altas presiones a partir de rocas ígneas o sedimentarias, tienden a mantener el contenido de minerales radiactivos de las rocas originarias.

Los depósitos de fosfatos (roca sedimentaria compuesta por minerales del grupo del apatito) y carbón (hidrocarburos) tienen una consideración especial ya que tanto los fosfatos como los hidrocarburos alojan muy bien los enormes cationes de U y Th, por lo que en algunos casos estos depósitos contienen altas concentraciones de uranio.

Resumiendo, en general, podemos pensar que la concentración de elementos radiactivos en rocas es:
– Frecuente en granito, pizarra, esquisto, carbón, depósitos de fosfatos,
– Ocasional en andesita, conglomerados, arenisca, gneis,
– Rara en basalto, caliza, depósitos de yeso y sales, cuarcitas, mármol.

Teniendo en cuenta lo anterior, uno puede comprender por qué Pontevedra (donde abunda el granito) está expuesta a niveles de radiación natural casi cuatro veces por encima de los de Murcia (donde abunda el mármol), según  los resultados del Proyecto Marna (Mapa de Radiación Gamma Natural) disponibles en la web del CSN.

En cuanto a los minerales, en la Naturaleza hay cientos con isótopos radiactivos. Algunos de ellos son realmente estéticos y por eso se exponen en museos públicos y colecciones privadas. Entre los más representativos que contienen potasio, uranio y torio (además de sus productos de desintegración) nos encontramos los siguientes:

-Potasio (K): Silvina (KCl) utilizada en fertilizantes y micas (moscovita, biotita, lepidolita, flogopita), utilizadas en la industria de aislantes térmicos y eléctricos.

Silvina (KCl)

Silvina (KCl)

Mica Moscovita, KAl2(Si3Al)O10(OH)2

Mica Moscovita, KAl2(Si3Al)O10(OH)2

-Uranio (U): Autunita, carnotita, pechblenda, torbernita, uraninita utilizadas como menas de uranio para la industria energética y metalúrgica.

Autunita, Ca(UO2)2(PO4)2·10-12H2O

Autunita (Ca(UO2)2(PO4)2·10-12H2O)

Uraninita, UO2

Uraninita (UO2)

Torbenita, Cu(UO2)2(PO4)2 · 8-12 H2O

Torbernita (Cu(UO2)2(PO4)2 · 8-12 H2O)

-Torio (Th): Monacita, torianita, torita utilizadas como menas de torio y tierras raras para la industria metalúrgica y electrónica.

Monacita, (Ce,La,Pr,Nd,Th,Y)PO4

Monacita ((Ce,La,Pr,Nd,Th,Y)PO4)

En general, las radiaciones ionizantes producen defectos (llamados centros de color o centros F) en la estructura cristalina de los minerales que pueden afectar a su color. Es por ello que sea habitual el tratamiento de piedras preciosas y semipreciosas (diamantes, topacios, berilos, cuarzos, espomudenas) para obtener coloraciones más intensas y, por tanto, piedras más estéticas. En otras ocasiones, el cambio de color por efecto de la radiación se produce en el propio yacimiento de manera completamente natural como ocurre el caso del cuarzo ahumado.

Cuarzo Ahumado

Cuarzo ahumado de origen natural

4.- Precauciones con minerales radiactivos

En una sociedad donde a priori todo lo radiactivo es malo, no es de extrañar que el asunto de la peligrosidad de los minerales radiactivos sea un tema recurrente entre los aficionados a los minerales. Por ello, no está de más dar algunas recomendaciones para su correcta manipulación y conservación que, en general, serán prácticamente las mismas que las que hay que seguir con cualquier otro mineral.

El funcionamiento normal del riñón, el cerebro, el hígado y otros sistemas puede verse afectado por la exposición al uranio dado que es un elemento químico tóxico por sí mismo y no lo debemos olvidar al manejar sus compuestos. Pero, además, tanto sus minerales como los de torio presentan básicamente tres tipos de riesgos debidos a la radiactividad. Estos riesgos son la irradiación externa, la irradiación interna por ingestión y la irradiación interna por inhalación de los productos del radón.

El riesgo de irradiación externa no suele ser excesivamente serio porque una parte importante de la emisión del uranio y torio es en forma de partículas alfa que son detenidas en su mayor parte por una pequeña capa de aire. Además, al disminuir la radiación recibida con el cuadrado de la distancia, simplemente colocando los ejemplares en la parte más interior de los cajones o vitrinas se reduce mucho la dosis. También, evitando actuaciones evidentemente imprudentes, como coleccionar muestras de tamaño grande y muy ricas, almacenar numerosas muestras debajo de la cama, llevarlas en el bolsillo o convertir la casa en un cementerio nuclear.

La irradiación interna por ingestión puede evitarse no comiendo ni fumando mientras se manipulan los minerales, lavándose las manos después, etc. En esta línea, la solubilidad del mineral y su grado de división son propiedades que hay que tener en cuenta. Afortunadamente, muchos minerales radiactivos con tendencia a aparecer en forma pulverulenta, como la carnotita, son también muy insolubles.

Finalmente, la irradiación del radón por inhalación puede ser el mayor riesgo de los minerales radiactivos. Este gas es un producto de desintegración del radio que a su vez lo es de la del uranio y el torio. El radón es un gas químicamente inerte con una vida media corta. El riesgo aparece cuando se desintegra, dando lugar a isótopos químicamente muy reactivos y de vida relativamente larga que se unen a cualquier partícula presente en el aire (procedente, por ejemplo, del humo del tabaco) y pueden así alcanzar e irradiar los pulmones. Actualmente, se considera que esta irradiación es un factor de riesgo importante en la aparición del cáncer del pulmón. Las medidas de precaución a adoptar pueden ir desde guardar los minerales radiactivos en lugares bien ventilados a hacerlo en recipientes herméticos.

Por tanto, la conservación racional de muestras minerales radiactivas es una actividad tan segura o más que la conservación de cualquier otra muestra mineral que, en definitiva, no deja de ser un compuesto químico cuyos riesgos debemos conocer y comprender.

5.- Para saber más

Algunas lecturas recomendadas:

La Radiactividad Natural y los Minerales Radiactivos, Dr. César Menor-Salván, UPM, 2013

Natural Radioactivity in the Geologic Environment, B. W. Hurley, NNSA, 2009

Minerales Radiactivos en Foro de Mineralogía Formativa, 2007

Radioactivity in Minerals, Webmineral.com

Toxicidad de los Minerales, Miguel Calvo, Facultad de Veterinaria de Zaragoza

Proyecto Marna en la web del CSN.

22 Respuestas a “Minerales y rocas radiactivos

  1. Gracias Xavier. Soy un aficionado a los minerales de segunda división, pero creo que he conseguido transmitir la idea sin demasiadas imprecisiones.
    Un saludo.

  2. Soy yo, o la Torbenita es como la “kryptonita” de Superman? (más bien al revés, puesto que una es real y la otra no) Hay un parecido razonable.
    Un post bien elaborado. Salud2

  3. Me gustaría hacer una matización a esta interesante entrada: creo que la comparación de la radiación de fondo con la de un TAC de cabeza podría dar pie a confusión. Entiendo que los 2 mSv que se mencionan son la dosis efectiva, es decir, un promedio de la dosis en todo el organismo ponderada por factores que dependen de cada órgano. Esta magnitud supestamente serviría para estimar el riesgo total de desarrollar cáncer en alguna parte del cuerpo debido a la radiación. Sin embargo, la dosis absorbida en la zona que se explora en el TAC (en este caso la cabeza) es bastante mayor que la debida a la radiación natural (algo así como 15 veces mayor).

    Y claro, también es probable que una dosis de radiación concentrada en varios segundos no tenga el mismo efecto que si se reparte a lo largo de un año, aunque la gran incertidumbre que hay sobre los efectos de las bajas dosis no permita saberlo con certeza.

    • Gracias Pedro. Totalmente de acuerdo con lo que dices y muy bien por aclararlo. Evidentemente, con 2 mSv me refería a la dosis efectiva y, dado que no quería aburrir al personal con su definición, me había limitado a una mera comparación sin entrar en las diferencias (caso de que las hubiera) de los posibles efectos biológicos. Como bien dices, no hay estudios concluyentes a bajas dosis y/o bajas dosis a altas tasas.

  4. Muy bien la entrada Agustín ! Está claro e introduce bien el tema.

    El proyecto Marna creo que se merece casi una entrada por el mismo, el mapa es muy ilustrativo.

    • Gracias José Luis. Tienes razón, el mapa del proyecto Marna es una fuente tremenda de inspiración. Espero que en un futuro próximo alguien se anime a profundizar en él y nos lo muestre aquí.

  5. Felicidades Agustín, por el artículo que te ha quedado francamente bonito, y por tu cumpleaños. ¡Zorionak y un montón de tirones de orejas!

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  7. Muy bonito el post, Agustín.
    En cuanto a lo del Radón es obvio que en zonas granítica los sótanos y las aguas subterráneas son un peligro potencial, los cuales se atenuarían con una aireación adecuada. Pero también es indudable que se sobredimensionó el problema en los Estados Unidos -donde esta relación se descubrió antes al hacerle pruebas a los trabajadores de centrales nucleares- hasta el punto de que tienen hasta una normativa complicadísima para atajar el radón de las zonas plutónicas. Esto contagió a Europa y de ahí su difusión (al menos en los campos que conozco de la Geología Ambiental). Es grave, pero hay otras cosas bastantes más peligrosas que compramos en las tiendas.

    • Muchas gracias. Me alegro de que te haya gustado.

      Estoy totalmente de acuerdo contigo y habría que hacer otra entrada para hablar de la importancia relativa de los diversos factores de riesgo. Hay demasiada leyenda urbana en torno a la radiactividad.

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  10. Hola Agustin, le quiero agredecer muchisimo esta informacion que publico! estoy preparando un trabajo sobre minerales radioactivos y la verdad que me sirve bastante esta data. Si es mucho pedirle, usted sabria para que se usa la Torita?? porque me he pasado buscando en webmineral y demas, y no hay info de eso

  11. Muchas gracias braianberrios. Me alegra que mi entrada sobre minerales radiactivos le esté sirviendo para realizar su trabajo.
    La torita es una mena del torio, así que lo mejor es que busque las aplicaciones y usos del torio de las que hay mucha información en wikipedia y otras fuentes.
    Un saludo cordial.

  12. ES MUY BUENA TU EXPLICAS ION TE FELICITO. ESTOY INVESTIGANDO UN FENÓMENO IGNORADO POR GRANDES CIENTÍFICOS COMO ELIMINAR LA RADIO ACTIVIDAD DE LOS RESIDUOS PROCEDENTES DE CENTRALES NUCLEARES. DE UNA FORMA NATURAL BARATA Y DEFINITIVAMENTE, NO ME REFIERO A UN CEMENTERIO NUCLEAR;

  13. Estoy disponible para tomar contacto para profundizar el tema de radionucleidos presentes en rocas y minerales.
    dispongo de 80 exámenes hepigeneticos realizados en adultos mayores y bebes; se descubren al menos 12 elementos considerados e identificados el átomos inestables, presentes en tejidos humanos y necesitamos seguir trabajando en esto y en nuestro país no tenemos tecnologia para seguir la investigación.
    mi correo para recibir sugerencias y ayuda
    lawton@entelchile.net
    jddongbidas@gmail.com

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