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

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.

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

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

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.

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.

Fuente: desayunoconfotones.org