Introducción
Los estudios de línea base ambiental son importantes porque permiten conocer, a través de la caracterización de los elementos del medio ambiente presentes, la situación actual del á r e a d e e s t u d i o a s í c o m o d e s u z o n a d e i n f l u e n c i a [ 1 ] , s i r v e n d e p u n t o d e p a r t i d a y comparación para evaluar y predecir los impactos positivos y negativos identificados antes de ejecutarse cualquier proyecto de transformación del medio ambiente, como por ejemplo la extracción de roca fosfórica.
El muestreo de identificación tiene por objetivo investigar la existencia de contaminación del suelo y otros componentes ambientales, a través de la obtención de muestras representativas, con el fin de establecer si estas muestras superan los estándares de calidad radiológica ambiental y/o los valores de fondo natural, establecido en nuestro país de acuerdo con el Reglamento de Seguridad Radiológica [2] o por las recomendaciones internacionales establecidas por el Organismo Internacional de Energía Atómica (OIEA) [3].
En el muestreo de identificación no se dispone de datos precisos sobre la concentración de compuestos contaminantes; sin embargo, para contar con un límite de confianza aceptable es pertinente realizar un número mínimo de puntos de muestreo [4]. En el Perú, los primeros estudios de línea base radiológica ambiental se llevaron a cabo para la construcción del Centro Nuclear Oscar Miró Quesada de la Guerra “Racso” [5]. Posteriormente; con la promoción de la minería de uranio se llevaron a cabo estudios preliminares en la Región Puno [6].
El desierto de Sechura se encuentra al sur de la Región Piura de Perú, a lo largo de la costa del océano Pacífico y en el interior de las faldas de las montañas de los Andes. Su extrema aridez es causada por el ascenso de aguas costeras frías y subsidencia atmosférica subtropical. En esta zona se encuentra ub icado los yacimientos de fosfatos de Bayovar, considerados como uno de los más grandes del Pacífico, su volumen se estima en 10,000 millones de toneladas métricas de concentrados obtenibles al 31 % de P205. Esta roca es un fluor-hydroxiapatita proveniente de un depósito de origen orgánico. Tiene aproximadamente un 30 % de P205, de los cuales el 25 % del total es soluble en citratos [7]. Estos yacimientos representan una gran oportunidad para empresas interesadas en su extracción, razón por la cual desde hace algunos años se realizó un primer estudio de línea base radiológica ambiental en las áreas de explotación, en donde se evaluaron los índices de actividad beta total y dosimetría ambiental [8].
Con la finalidad de continuar con los estudios de línea base radiológica ambiental, en áreas libres de explotación minera del desierto de Sechura se llevó a cabo una evaluación estadística de los niveles de dosis ambiental, índices beta total, K-40, Ra-226 y U-238 en muestras de suelo y vegetación colectadas durante el año 2015.
Material y métodos
El área d e estudio se localiza en la costa norte del Perú, en el distrito y provincia de Sechura, departamento de Piura, aproximadam ente a 1 000 km al norte de la capital de Lima, a 110 km al sur de la ciudad de Piura. La Tabla 1 muestra los puntos que delimitan el área de estudio.
El plan de muestreo de identificación se llevó a cabo en diciembre del año 2014 y consistió en seleccionar de manera aleatoria 53 unidades de muestreo de 0,1 hectáreas (100 x 100 metros). En cada unidad de muestreo se establecieron de manera aleatoria 4 puntos de muestreo de suelo superficial.
Tabla 1. Datos geográficos del área de estudio.
N° | Zona UTM | Coordenadas | |
Norte | Este | ||
1 | 17 M | 9360000 | 495000 |
2 | 9360000 | 545000 | |
3 | 9330000 | 495000 | |
4 | 9330000 | 545000 | |
No fueron consideradas en este estudio las áreas en donde se viene desarrollando la explotación de roca fosfórica porque las condiciones naturales del terreno han sido alteradas y el proceso de extracción de este material va a generar residuos o descargas que alteran los niveles naturales de Ra-226 en suelo superficial. Para la toma de muestras de suelo superficial se aplicaron sondeos manuales hasta una profundidad de cinco centímetros en cada punto de muestreo, además se tomaron muestras de manera aleatoria de Capparis scabrida Kunth (zapote), la vegetación silvestre más abundante en la zona. Para determinar la tasa equivalente de dosis ambiental se realizó la lectura directa sobre suelo superficial con un detector RadEye (Figura 1), los valores son registrados en nanoSievert/hora (nSv/h).
Mediante el uso de técnicas de radiometría se determinaron los niveles concentración de radionucleidos naturales (K-40, Ra-226, U-238 y Beta total), estos elementos son los principales responsables de la dosis externa de radiación. Las muestras de suelo fueron llevadas al laboratorio, secadas al aire y tamizadas con una malla de 2 mm antes de ser analizadas.
El análisis radiométrico se llevó a cabo en el Laboratorio de Radioecología del IPEN, para la determinación de radionucleidos emisores beta se utilizó un detector proporcional marca Tennelec LB4110 y para los radionucleidos emisores gamma se utilizó un detector de germanio hiperpuro marca Canberra con ventana de carbono y una eficiencia relativa de 35 %, asociado al software Genie 2000 Canberra. Para el procedimiento de ensayo se utilizó la Norma ASTM D-3648 [9].
Figura 1. Muestreo ambiental.
Se determinaron las estadísticas descriptivas y gráficos de frecuencia para cada una de las variables estudiadas; asimismo, se realizó la prueba de distribución normal de Anderson-Darling [10], el grado de asociación entre los valores de K-40 versus Beta total y U-238 versus Ra-226 mediante la determinación del coeficiente de correlación de Pearson con un nivel de confiabilidad del 95 %.
Resultados y Discusión
En la Tabla 2 se muestra los diferentes parámetros estadísticos obtenidos del análisis de los valores de dosis ambiental y concentraciones de radionucleidos naturales en muestras colectadas de suelo superficial. Se pueden observar mayores valores de la concentración de K-40 con respecto a las concentraciones de Ra-226 y U-238, además, se observa que el grado de variabilidad porcentual fue más significativo en las concentraciones de radionucleidos naturales con un amplio rango de dispersión.
En la Figura 2 se presenta el análisis gráfico del equivalente de dosis ambiental expresado en mSv/año. Los valores no siguen una distribución normal y se puede observar una mayor frecuencia de dosis entre 0,54 y 1,10 mSv/año; estos valores se encuentran por debajo de la dosis media anual debido a fuentes naturales equivalente a 2,4 mSv/año [11].
Tabla 2. Parámetros estadísticos de radiactividad en suelo superficial.
Parámetro Estadístico | Dosis (mSv/año) | Beta (Bq/kg) | K‐40 (Bq/kg) | Ra‐226 (Bq/kg) | U‐238 (Bq/kg) |
Media | 7,50E‐01 | 4,16E+02 | 1,62E+02 | 1,58E+01 | 2,26E+01 |
Error típico | 1,55E‐02 | 7,89E+00 | 6,55E+00 | 6,04E‐01 | 8,56E‐01 |
Mediana | 7,45E‐01 | 3,99E+02 | 1,46E+02 | 1,30E+01 | 1,85E+01 |
Moda | 8,77E‐01 | 3,99E+02 | 8,10E+01 | 1,20E+01 | 1,80E+01 |
Desv. estándar | 2,26E‐01 | 1,15E+02 | 9,51E+01 | 8,77E+00 | 1,24E+01 |
Varianza | 5,10E‐02 | 1,31E+04 | 9,05E+03 | 7,69E+01 | 1,55E+02 |
Rango | 1,40E+00 | 6,37E+02 | 8,07E+02 | 5,20E+01 | 7,00E+01 |
Mínimo | 2,63E‐01 | 2,15E+02 | 2,90E+01 | 2,00E+00 | 2,00E+00 |
Máximo | 1,67E+00 | 8,52E+02 | 8,36E+02 | 5,40E+01 | 7,20E+01 |
2,11E+02 | 2,11E+02 | 2,11E+02 | 2,11E+02 | 2,11E+02 | |
Incertidumbre (K=2) | 3,07E‐02 | 1,56E+01 | 1,29E+01 | 1,19E+00 | 1,69E+00 |
Variabilidad | 30,1% | 27,5% | 58,6% | 55,6% | 55,1% |
Figura 2. Equivalente de Dosis Ambiental en suelo superficial.
En la Figura 3 se muestra los niveles de concentración de actividad Beta total, K-40, Ra-226 y U-238 en suelo superficial; la actividad Beta total indica la cantidad de radionúclidos emisores beta y sirve como un índice para identificar rápidamente probables anomalías radiológicas en una región, el K-40 es un radionucleido que se encuentra como parte del potasio natural en suelo con una composición isotópica de 1,17E-04 [12]; el Ra-226 es producto de semidesintegración del U-238 y su estudio permite evaluar las alteraciones en la distribución de estos radio-elementos debido a condiciones naturales o antropogénicas.
Figura 3. Niveles Beta Total, K-40, Ra-226 y U-238 en suelo superficial.
La distribución de frecuencias y el análisis de Anderson-Darling sugieren que los valores no siguen una distribución normal, razón por la cual la distribución de radiactividad en el área es del tipo no paramétrica, posiblemente se deba al diverso grado de variabilidad geológica presente en toda el área de estudio. Solo los resultados de actividad Beta total sugieren una distribución log normal la cual fue confirmada m ediante la prueba de Kolmogorov- Smirnov [13,14].
Dado que los valores de radiactividad no siguen una distribución normal, la media aritmética no expresa el valor medio más probable, por lo que es necesario realizar la prueba de Wilcoxon de una muestra para estimar la mediana de la población con un intervalo de confianza del 95 % bajo el supuesto de que todas las variables presentan cierto rango de simetría [15]. Asimismo, se determinó el intervalo de confianza no paramétrica al 95 % a fin de establecer el rango de dosis o concentración que cubra el 95 % de la población de valores obtenidos (Tabla 3).
Tabla 3. Estimación de medianas e intervalos de tolerancia no paramétrica.
Variable | Mediana estimada | Intervalo de confianza de la mediana al 95% | Intervalo de tolerancia no paramétrica al 95% | ||
Inferior | Superior | Inferior | Superior | ||
Dosis (mSv/año) | 7,45E‐01 | 7,01E‐01 | 7,67E‐01 | 3,22E‐01 | 1,62E+00 |
Beta total (Bq/kg) | 4,08E+02 | 3,93E+02 | 4,25E+02 | 2,18E+02 | 7,34E+02 |
1,50E+02 | 1,42E+02 | 1,60E+02 | 4,60E+01 | 4,85E+02 | |
Ra‐226 (Bq/kg) | 1,48E+01 | 1,37E+01 | 1,58E+01 | 4,00E+00 | 4,80E+01 |
U‐238 (Bq/kg) | 2,11E+01 | 1,95E+01 | 2,28E+01 | 3,00E+00 | 6,20E+01 |
En la Figura 4 se muestran los coeficientes de correlación de Pearson para los diferentes grupos de radiactividad evaluados en el presente estudio, se observa una alta correlación entre los valores de U-238 y Ra-226 debido a que este último elemento es producto del decaimiento del uranio.
Figura 4. Coeficientes de correlación de Pearson.
Debido a esta alta correlación entre los niveles de U-238 y Ra-226, se espera que las muestras de suelo, que no han sido alteradas por actividades de explotación de roca fosfórica, presenten el índice Ra-226/U-238 ≤ 1. La Figura 5 muestra la frecuencia de este indicador, verificando que solo en 2 de los 211 puntos muestreados se encontraron valores por encima de 2 (coordenadas 9360335, 492911 y 9344873, 518962), lo cual demuestra que los suelos analizados no han sufrido alteraciones antropogénicas a la fecha del muestreo.
En la Guía de Seguridad RS-G-1.7 del OIEA se recomienda valores de exclusión para K-40 de 10 Bq/g (1,00E + 04 Bq/kg) y para los demás radionucleídos valores de 1 Bq/g (1,00E + 03 Bq/kg) [15].
En ninguna de las muestras colectadas se registraron valores cercanos a los niveles de exclusión, razón por la cual no se llevó a cabo la evaluación de riesgo radiológico debido a la presencia de público en la zona estudiada.
Figura 5. Índice Ra-226/U-238 en suelo superficial.
En la Figura 6 se presentan las concentraciones de actividad Beta total y K-40 encontradas en muestras de Capparis scabrida Kunth; si bien la actividad beta muestra un comportamiento no paramétrico, las concentraciones de K-40 presentan una distribución normal; estos valores no representan riesgo radiológico para el ambiente y se las puede considerar dentro de los rangos naturales.
Figura 6. Radiactividad en Capparis scabrida Kunth (Capparaceae).
Conclusiones
Los valores de dosis ambiental y de concentración de actividad para los radionucleidos naturales objeto de estudio, presentan una alta variabilidad en su distribución dentro del área estudiada del desierto de Sechura. Estos valores se encuentran muy por debajo de los límites de exclusión recomendados por el OIEA, por lo que no representan riesgo radiológico para el ambiente ni el público y se pueden considerar como niveles de línea base radiológica ambiental, porque se ha demostrado que no ha recibido alteraciones debido a las actividades de extracción de roca fosfórica que se vienen desarrollando en esa región.
Es importante considerar que los resultados obtenidos corresponden al área de estudio que comprende una amplia zona en donde se tiene previsto el incremento de proyectos de extracción de roca fosfórica y no son aplicables para todo el desierto de Sechura; sin embargo, considerando que el área evaluada es la que presenta la mayor anomalía radiológica de la región, se puede inferir que las otras áreas del desierto presentarán niveles más bajos de radiactividad y por lo tanto el probable riesgo radiológico para el público y ambiente será mucho menor.