Home GeoForum Forums Geologia & Professione Chiedilo ai geologi Radioattività ed equilibrio secolare

Secondo voi, ha ancora senso parlare di equilibrio secolare quando è presente solo una piccola parte degli elementi di una famiglia radioattiva? Cercherò di spiegarmi con un esempio.
In un massiccio carbonatico trovi delle vistose emissioni alfa e beta. Sai che c'è del radon, il che vuol dire che hai radio-226, da cui radon-222, da cui ciò che segue, ossia Po-218, Pb e Bi 214 (i due beta-emittori), poi nuovamente Po-214 e infine Pb-210, arrivati al quale la catena di decomposizione“si riposa”, rallenta la velocità in attesa di arrivare all'isotopo stabile Pb-206 alltraverso altri passaggi. Il Radon che fuoriesce dalla roccia calcarea viene allontanato per diffusione e trasporto nei fluidi circolanti. Dunque dovresti avere la condizione di equilibrio secolare dal Ra al Rn, ma non per quel che segue, dal momento che il Rn si allontana subito dalla roccia da cui fuoriesce e decade lontano da dove viene emesso, e non prima, perchè ciò che precede il Ra non è presente, in quanto che gli attinidi (U - Pa - Th), hanno un chimismo tutto loro e il Ra tutto un altro (metallo alcalino-terroso, dunque può essere inglobato nei calcari all'atto della formazione, scambiato per Ca e Mg, cosa che fa con grandissima difficoltà l'U, e, quando lo fa, viene espulso facilmente dal reticolo).
Cambiamo ambiente geologico. Andiamo in depositi di piroclastiti e tufi quaternari del lago di Bolsena, dove è noto un fondo decisamente alto. In una cantina a -20 dal p.c., rilevi una notevole attività alfa e una quasi altrettanto alta attività gamma, e debole beta. Lo strato è un conglomerato di brecce in matrice tufacea con cristallizzazioni di zeoliti. Aria stagnante (ovvio, siamo in cantina!). Bene, lì dovresti avere tutta la serie dell'uranio-238, cioè la parte degli attinidi (uranio-proattinio-torio), e quelle che seguono (II gruppo, IIX, IV e V). In più, so che c'è molto K-40, ma, avendo una k dell'ordine di grandezza dell'età della Terra, non so quanto possa influire nel determinare la bella botta di radioattività rilevata in quella cantina. Oltretutto il K è un elemento assai mobile, però anche l'U lo è.
Santo Cielo, mi sto perdendo nei meandri. Comunque il mio assunto è: si può a ragione parlare di equilibrio secolare di un radionuclide rispetto ad UNO SOLO dei progenitori (radio-226...radon-222), in assenza degli altri membri della serie, sia sopra che sotto?
Se un simile ragionamento fosse da ritenere valido, nella cantina giù per i tufi abbiamo equilibrio secolare di quasi tutta la serie dell'U-238, ma nella calcarenite che ho descritto prima non si può parlare di equilibrio secolare della serie dell'U-238, ma solo di una piccola porzione di detta serie, che parte del radio-226.
Ho fatto varie misure in quei siti (e tante ne farò ancora), e ci sto ragionando sopra, però su alcune cose non ne vengo fuori.

Io direi di sì (se non l'hai già fatto, cosa di cui dubito, prova a dare un'occhiata a Adams&Gasparini, 1970).
Però, scusa la domanda: ma perchè nella calcarenite non dovresti avere equilibrio secolare nei nuclidi precedenti il 226Ra? L'affioramento è fortemente alterato? Ci sono evidenze di circolazione superficiale d'acqua? In questo caso, forse, per via della mobilità dell'U potrebbero verificarsi fughe dal sistema, ma in caso contrario non vedo problemi.
Circa l'allontamento del Rn se stai facendo misure di spettrometria gamma, non ci sono assolutamente problemi. Semmai, in questo caso, potresti averli in condizioni "indoor" a causa dell'amplificazione dell'attività del 214Bi dovuto al ristagno di Rn.
Un'altra cosa: a quanto ne so io (Raddadi et al., 2005), l'uranio nei carbonati entra, eccome. Da ione uranile UO2(2+) può vicariare Ca2+ e Mg2+, tanto che in molte serie delle Alpi Occidentali, gli orizzonti a più elevata radioattività sono quelli calcarei (anche in assenza di orizzonti fosfatici o arricchiti in materia organica).
Spero, ma ne dubito, di esserti stato in qualche modo d'aiuto.
Buon lavoro.

La calcarenite a cui mi riferivo è la formazione di Castelgomberto, che costituisce l'ambiente petrologico in cui si snodano i 26 km del Buso della Rana. In molti tratti è percorsa da acque sotterranee anche in periodi di magra. Il pavimento è costituito da basalti medioeocenici e presenta anche affioramenti di marne del priaboniano (Priabona è ad un tiro di schioppo da lì, e Castelgomberto è un po' più in là). Ho misurato l'aria e l'acqua, sia all'imboccatura che in una saletta nei primi 200 metri, e c'è una discreta attività alfa, oltre a beta e gamma.
Un'altra grotta (la Poscola), a Priabona, 3-4 km sotto, non ha uno straccio di attività che non sia una debolissima gamma, minore di quella che lo strumento rileva all'esterno.
Un'altra cavità dietro l'altopiano, un tunnel artificiale che intercetta una sorgente, ha una modesta attività. Anche qui abbiamo calcari e basalti. La differenza con il Rana è che, mentre nella prima l'oscillazione era contenuta, nel tunnel è molto ampia, spaziando tra picchi piuttosto alti, e momenti in cui va quasi a zero, per poi riprendere all'improvviso.
Nella cantina giù al lago di Bolsena, e alla vena che ho descritto, invece, ho rilevato valori notevolmente più alti. Nelle vicinanze, c'è una miniera di caolino, ora abbandonata perchè il materiale è invendibile a causa della radioattività. Siamo ad un tiro di schioppo dalla caldera di Latera.
Io credo che nelle cavità calcaree venete che abbiamo misurato, o l'U non era presente dall'inizio (oligocene-miocene), quando si è formata la calcarenite, in quanto che il radio è stato fissato nella formazione della roccia calcarea, oppure, se ce n'era un pochino, sia stato dilavato via come complesso uranil-carbonico, mentre il Ra è rimasto per l'affinità chimica col Ca e Mg.
Mentre ho letto che nelle piroclastiti dei sistemi volsinio e vicano è stato rilevato anche Th, oltre che U.
Riportando i dati di dose eq. alfa in istogramma, la differenza tra la cantina e il Rana, risalta drammaticamente...3 ad 1.
In un'altra cavità dei Berici, la Grotta della Guerra, ramo superiore, ci sono necks basaltici fortemente alterati. Lì, una misura dell'emanazione della roccia con sonda al silicio schermata, mi ha fornito valori più alti nel calcare che non nel basalto, il quale, oltretutto è talmente alterato da essere praticamente argillificato. Lì non abbiamo circolazione idrica. Si tratta, comunque, di valori molto più bassi di quelli della caldera di Bolsena e Latera. Ma veramente tanto più bassi.
Purtroppo non abbiamo la possibilità di stabilire dall'analisi della roccia, se abbiamo U, Th, Ra, Bi e Pb. Al più posso, se ho un corso d'acqua, misurare con precisione il K, e da lì risalire al K-40. Chimicamente, per quanto riguarda i radioisotopi, di più non possiamo fare. Disponiamo di un geiger digitale che fa tutto in aria e acqua, e un rilevatore al silicio per misure su solidi....ma strumenti seri, non giocattoli o cessi post-Chernobil.
Farò molte altre misure nell'area Bolsena-Viterbo-Latera la fine di agosto. E molte altre nell'area berico-lessineo-euganea. Perchè ho notato che ci sono delle diversità che ancora non so spiegarmi. E in area vulcanica, farò misure sia in località diverse, che in strati diversi della stessa località, per vedere se esistono diversità tra i singoli eventi eruttivi, considerando, però, anche la possibilità di mobilità dei vari radioisotopi, che può avere alterato l'emissione nel tempo.