Zależność stężeń radonu od warunków geologiczno-górniczych na terenie Górnośląskiego Zagłębia Węglowego

Radon, promieniotwórczy gaz szlachetny, może być przyczyną zwiększonego ryzyka zachorowań na raka płuc i górnych dróg oddechowych. Stężenia tego gazu w budynkach mieszkalnych nierzadko osiągają wartości znacznie przekraczające dopuszczalny limit, czyli 200 Bq/m3. W artykule przedstawiono wyniki badań mających na celu stwierdzenie, czy w obszarze Górnośląskiego Zagłębia Węglowego (GZW) występują rejony o podwyższonym potencjale radonowym oraz wskazanie zależności między poziomem stężeń radonu a lokalnymi warunkami geologicznymi i działalnością górniczą. W czasie realizacji badań wykonano ponad 900 długoterminowych (trwających do 6 miesięcy) pomiarów stężeń radonu w budynkach mieszkalnych usytuowanych na całym obszarze GZW. Podstawową metodą pomiarową była metoda pasywna pomiarów radonu z wykorzystaniem detektorów śladowych cząstek alfa. Ponadto prowadzono wstępne krótkoterminowe pomiary stężenia tego gazu za pomocą detektorów z węgla aktywnego. W celu dokładniejszego wyjaśnienia mechanizmów wpływających na migrację i przenikanie radonu do budynków wykonano pomiary stężenia radonu w powietrzu glebowym i jego ekshalacji z gleby. Budowę warstwy przypowierzchniowej w wybranych miejscach, charakteryzujących się podwyższonym potencjałem radonowym określono na podstawie badań geofizycznych (elektrooporowych). Wyniki badań oraz analiza danych geologicznych i górniczych pozwoliła na stwierdzenie, że średnie stężenie radonu w budynkach na obszarze GZW wynosi 46 Bq/m3, istnieje jednak zależność stężeń tego gazu od regionalnych i lokalnych warunków geologicznych. Niskie koncentracje radonu stwierdzono w obszarze występowania ilastych osadów miocenu, czyli w południowej i zachodniej części GZW. Wyższy poziom radonu obserwowano w obszarze pozbawionym izolującej warstwy iłów trzeciorzędowych. Najwyższe stężenia radonu występują w obrębie triasowych niecek (rys. 1 i 2). Stwierdzono, że utworami szczególnie sprzyjającymi migracji i ekshalacji radonu są dolomity kruszconośne, tworzące rozległe wychodnie na powierzchni. Na podstawie pomiarów terenowych, laboratoryjnych, opracowano schemat migracji i ekshalacji radonu z wychodni różnych utworów geologicznych (rys. 5). Analiza wyników pomiarów na tle działalności górniczej wskazała na istnienie związków między eksploatacją rud i węgla kamiennego a poziomem koncentracji radonu w budynkach. Bezpośrednią przyczyną występowania podwyższonych stężeń radonu w budynkach są rozluźnienia skał i gruntów oraz naruszenia budynków, ułatwiające wnikanie gazów do ich wnętrz. W obszarach intensywnej działalności górniczej, a przede wszystkim w rejonach nakładania się wpływów płytkiej i głębokiej eksploatacji węgla i rud, poziom stężeń radonu w budynkach znacznie przekracza wartości średnie dla GZW (rys. 4). Współczesny rozwój procesów krasowych, wywołanych przez wpływy eksploatacji górniczej zarówno dawnej, jak i współczesnej, jest zjawiskiem dodatkowo ułatwiającym migrację gazów. Procesy fizyczne i chemiczne powodujące odnowienie krasu, szczególnie intensywnie zachodzą w środowisku skał węglanowych. Stwierdzono, że w obrębie miast Piekary Śląskie i Jaworzno lokalne warunki geologiczne i górnicze szczególnie sprzyjają migracji i ekshalacji radonu.

Radon, a radioactive noble gas can be the reason of increased risk to fall of lungs and upper respiratory tract. Concentrations of this gas in dwellings reach values considerably exceeding the permissible limit, i.e. 200 Bq/m3. The article presents results of investigations which goals were as follow: - to find out if in the area of Upper Silesian Coal Basin (USCB) occur regions with enhanced radon potential, - to find out dependence between the radon levels and geological conditions as well as mining activity. In frame of the work more than 900 long-term (lasting up to 6 month) measurements of radon concentrations in dwellings situated in the entire USCB were carried out. Preliminary short-term measurements of radon concentration by means of charcoal detectors were done. The passive method, based on solid state nuclear track detectors (SSNTD) has been used for long-term radon measurements. In order to explain more exactly the mechanism influencing the migration and penetration of radon to buildings, measurements of radon in soil concentrations and its exhalation from soil were carried out. The structure of strata situated close to the surface in selected sites characterized by increased radon potential was investigated with the application of geophysical methods (electroresistivity). The results of investigations and analysis of geological and mining data allowed to calculate that the average radon concentration in buildings in USCB area is equal to 46 Bq/m3, however the correlation between radon concentrations and regional and local geological conditions is observed. Low radon concentrations were measured in the area of occurrence of silty Miocene sediments, i.e. in the southern and western part of USCB. Higher radon levels were observed in areas without the insulating layer of Tertiary clays. The highest radon concentrations occur within the Triassic sinclines (Fig. 1 and 2). It has been found that migration and exhalation of radon is the easiest for ore-bearing dolomites, especially in case of widespread outcrops on the surface. On the basis of field measurements and laboratory tests a scheme of radon migration and exhalation from outcrops of different formations has been developed (Fig. 5). The analysis of the results shown the correlation between mining activity (ore and hard coal mining) and radon levels in dwellings. The main reason of occurrence of increased radon concentrations in buildings are- fissures in rocks, ground loosening and damages of buildings structure enables gas penetration to their interiors. In areas of intensive mining activity, first of all in regions where impacts of shallow ore mining are intensified by deep hard-coal extraction, the level of radon concentration considerably exceeds the average values for the Upper Silesian Coal Basin (Fig. 4). The current development of karst processes caused by impact of mining operation both in the past and at the present time is a phenomenon additionally making easier gas migration. Physical and chemical processes causing karst rejuvenation occur particularly intensively in carbonate rocks. It has been found that within the city Piekary Śląskie and Jaworzno local geological and mining conditions are particularly good for radon migration and exhalation.