Contaminação das águas subterrâneas de Chernobyl - Chernobyl groundwater contamination
O desastre de Chernobyl continua sendo a maior e mais prejudicial catástrofe nuclear que alterou completamente o fundo radioativo do Hemisfério Norte . Aconteceu em abril de 1986 no território da ex- União Soviética (atual Ucrânia ). A catástrofe levou ao aumento da radiação em quase um milhão de vezes em algumas partes da Europa e América do Norte em comparação com o estado anterior ao desastre Ar, água, solos, vegetação e animais foram contaminados em graus variáveis. Além da Ucrânia e da Bielo - Rússia como as áreas mais atingidas, os países adversamente afetados incluem Rússia , Áustria , Finlândia e Suécia . O impacto total sobre os sistemas aquáticos, incluindo principalmente vales adjacentes do rio Pripyat e do rio Dnieper , ainda estão inexplorados.
A contaminação substancial das águas subterrâneas é um dos impactos ambientais mais graves causados pelo desastre de Chernobyl. Como parte do dano geral da água doce, está relacionado à chamada contaminação "secundária", causada pelo fornecimento de materiais radioativos através de aquíferos não confinados para a rede de águas subterrâneas. Provou ser particularmente desafiador porque as bacias de água subterrânea, especialmente aquíferos de profundidade, foram tradicionalmente considerado invulnerável a diversos contaminantes estranhos. Para a surpresa dos cientistas, radionuclídeos originários de Chernobyl foram encontrados mesmo em águas profundas, com períodos de formação de várias centenas de anos.
História
A água subterrânea foi especialmente afetada pela radioatividade na zona de evacuação de 30 km (chamada " zona de exclusão "), em torno da Usina Nuclear de Chernobyl , ou CNPP (Kovar & Herbert, 1998. O principal e mais perigoso contaminante do ponto de vista da propagação hidrológica foi Estrôncio-90 . Este nuclídeo mostrou a mobilidade mais ativa em águas subterrâneas; sua rápida migração através do aquífero subterrâneo foi descoberta pela primeira vez em 1988-1989. Outros isótopos nucleares perigosos incluíam Césio-137 , Césio-143 , Rutênio-106 , Plutônio-239 , Plutônio-240 , Amerício-241 A principal fonte de contaminação foi o 4º reator danificado, que na verdade havia sido um local de acidente e onde a concentração de estrôncio-90 excedeu inicialmente os níveis admissíveis para água potável em 103-104 vezes. O reator permaneceu um epicentro de irradiação mesmo após o pessoal de emergência ter construído o “ Sarcófago ”, ou “Abrigo”, uma construção protetora que visa isolá-lo do meio ambiente. tura provou ser não hermética, permeável à chuva, neve e concentrações de orvalho em muitas partes de área de 1000 m2. Além disso, grandes quantidades de césio , trítio e plutônio foram entregues às águas subterrâneas devido ao vazamento de água enriquecida do 4º reator durante a construção de o “Abrigo” estava em andamento. Como resultado, quantidades consideráveis de água condensaram-se dentro do “Abrigo” e absorveram a radiação de poeira e combustíveis contendo nuclídeos. Embora a maior parte dessa água tenha evaporado, algumas partes dela vazaram para as águas subterrâneas das camadas superficiais sob as câmaras do reator.
Outras fontes de contaminação de lençóis freáticos incluem: lixões radioativos no território da “ zona de exclusão ”; resfriamento de reservatórios de água ligados a aquíferos; precipitação radioativa inicial que ocorreu nas primeiras horas após o acidente; e incêndios florestais que levaram à disseminação acelerada de partículas contaminadas nos solos do entorno. De maneira geral, os pesquisadores registraram a probabilidade de acúmulo de quase 30% da contaminação total da superfície no meio rochoso subterrâneo. Esta descoberta demonstra escalas perigosas de migração subterrânea de radionuclídeos por um lado, mas a função importante da rocha ígnea como escudo protetor contra a propagação de contaminantes.
Revelações recentes de fatos ocultados pelos soviéticos mostram que o problema da contaminação radioativa das águas subterrâneas na zona de Chernobyl existia muito antes do desastre real. As análises realizadas em 1983-1985 mostraram desvio dos padrões radioativos em 1,5-2 vezes, como resultado de mau funcionamento acidental anterior do CNPP em 1982 Quando a catástrofe ocorreu, a irradiação das águas subterrâneas foi causada devido à contaminação de terras na área do quarto reator destruído. Além disso, a água subterrânea foi contaminada através de aquífero não confinado em correlação e proporcionalmente com a contaminação do solo por isótopos de estrôncio e césio . O aquífero superior e a maioria dos aquíferos artesianos foram danificados em primeiro lugar devido à contaminação maciça da superfície com isótopos radioativos Estrôncio-90 e Césio-137 . Ao mesmo tempo, níveis consideráveis de conteúdo radioativo foram fixados na periferia da zona de exclusão, incluindo parte do sistema de distribuição de água potável. Essa revelação comprovou o fato da migração de contaminantes radioativos através dos aqüíferos subterrâneos
Após o desastre, o governo soviético teve como objetivo tomar medidas demoradas e ineficazes para neutralizar as consequências do acidente. A questão da contaminação das águas subterrâneas foi tratada de forma inadequada nos primeiros meses após o desastre, levando a despesas financeiras colossais com resultado insignificante. Ao mesmo tempo, o monitoramento adequado da situação estava praticamente ausente. As primeiras tentativas dos trabalhadores de ajuda humanitária foram direcionadas para a prevenção da contaminação das águas superficiais. O conteúdo de radionuclídeos em grande escala nas águas subterrâneas foi monitorado e detectado apenas em abril-maio de 1987, quase um ano após o desastre
Vias de migração de contaminação
Infelizmente, as condições hidrológicas e geológicas na área de Chernobyl promoveram a rápida migração de radionuclídeos para a rede de água subterrânea. Esses fatores incluem terreno plano, precipitação abundante e sedimentos arenosos altamente permeáveis. Os principais fatores naturais da migração de nuclídeos na região podem ser divididos em quatro grupos, incluindo: meteorológicos e climáticos (evaporação e frequência de precipitação, intensidade e distribuição); geológicas (permeabilidade dos sedimentos, regimes de drenagem, formas de vegetação); transmitidos pelo solo (propriedades físicas, hidrológicas e mecânicas das terras); e litológicas (estruturas do terreno e tipos de rocha). Em áreas melhoradas, os processos de migração são adicionalmente influenciados por fatores antropogênicos relacionados às atividades agrícolas humanas. Nesta relação, parâmetros específicos e tipo de regime de drenagem, práticas de melhoria, controle de água e aspersão podem acelerar substancialmente os ritmos naturais de migração de contaminantes. Por exemplo, a drenagem artificial leva a um aumento substancial das taxas de absorção e descarga. Esses fatores tecnológicos são particularmente significativos para as regiões ao longo do rio Pripyat e do rio Dnieper , que estão quase totalmente sujeitas à irrigação e drenagem artificiais dentro da rede de reservatórios e represas construídas.
Ao mesmo tempo, os fatores naturais e artificiais de migração têm priorização específica para diferentes contaminantes. A principal forma de transporte do Estrôncio-90 para as águas subterrâneas é sua infiltração de solos contaminados e a subsequente transição através das superfícies porosas de aqüíferos não confinados. Os estudiosos também fixaram duas alternativas adicionais de migração desse radionuclídeo. A primeira é a transição “tecnógena”, causada pela má construção de poços para captação de água ou qualidade insuficiente dos materiais utilizados em suas conchas. Durante o bombeamento elétrico de água artesiana profunda, o fluxo desprotegido passa por camadas contaminadas de aquíferos superiores e absorve partículas radioativas antes de entrar em um poço. Esta forma de contaminação foi verificada experimentalmente nos poços de captação de água de Kiev . Outra forma anormal de migração de radionuclídeos são as zonas fracas de rochas cristalinas. As pesquisas do Centro de Estudos Radioecológicos da Academia Nacional de Ciências da Ucrânia mostraram que a superfície da crosta terrestre apresenta zonas não consolidadas caracterizadas por aumento da produtividade elétrica, bem como maior umidade e capacidade de emanação.
Quanto ao Césio-137 , este nuclídeo demonstra menor potencial de migração em solos e aquíferos de Chernobyl . Sua mobilidade é dificultada por fatores como: argilominerais que fixam radionuclídeos na rocha, absorção e neutralização de isótopos por troca iônica com outros componentes químicos da água; neutralização parcial por ciclos metabólicos da vegetação; decaimento radioativo geral. Isótopos pesados de plutônio e américo têm capacidade de transporte ainda menor dentro e fora da zona de exclusão. No entanto, seu potencial perigoso não deve ser descartado, considerando a meia-vida extremamente longa e o comportamento geoquímico imprevisível
Danos agrícolas
O transporte de radionuclídeos por água subterrânea é uma das principais vias de contaminação de terras dedicadas à produção agrícola. Em particular, devido à migração vertical com a elevação do nível da água, as partículas radioativas se infiltram nos solos e, posteriormente, entram nas plantas através do sistema de absorção de suas raízes. Isso leva à irradiação interna de animais e pessoas durante o consumo de vegetais contaminados. Esta situação é agravada por um tipo de assentamento predominantemente rural na área de Chernobyl , com a maioria da população engajada na produção agrícola ativa. Faz com que as autoridades removam as áreas contaminadas perto de Chernobyl das atividades agrícolas ou gastem fundos para escavação e tratamento das camadas superficiais. Esses problemas de danos a solos inicialmente intactos representam um fardo pesado principalmente para a economia ucraniana e especialmente para a bielo-russa. Quase um quarto de todo o território da Bielo-Rússia foi seriamente contaminado com isótopos de césio . As autoridades foram obrigadas a excluir quase 265 mil hectares de terras cultivadas do uso agrícola até os dias atuais. Embora medidas químicas e agro-tecnológicas complexas levem à redução limitada do conteúdo de radionuclídeos em alimentos produzidos em territórios contaminados, o problema permanece amplamente sem solução. Além dos danos econômicos, a contaminação agrícola por meio de vias de água subterrânea é prejudicial para a segurança biofísica da população. O consumo de alimentos contendo radionuclídeos tornou-se a principal fonte de exposição radioativa das pessoas na região. Assim, os danos agrícolas acabam por significar uma ameaça direta e duradoura à saúde pública.
Riscos de saúde
Os impactos na saúde da contaminação das águas subterrâneas para a população da Ucrânia , Bielo - Rússia e estados vizinhos são geralmente percebidos como extremamente negativos. O governo ucraniano inicialmente implementou um programa de remediação caro e sofisticado. No entanto, em vista dos recursos financeiros limitados e outros problemas de saúde mais urgentes causados pelo desastre, esses planos foram abandonados. Não menos importante, tal decisão devido aos resultados da pesquisa de acadêmicos domésticos mostrando que a contaminação das águas subterrâneas não contribui substancialmente para os riscos gerais de saúde em relação a outras vias ativas de exposição radioativa na " zona de exclusão ", em particular, a contaminação radioativa do aquífero não confinado, que geralmente é considerada uma ameaça séria, tem menos impacto econômico e de saúde em Chernobyl porque a água subterrânea na " zona de exclusão " é não usado para necessidades domésticas e de bebida. A probabilidade de uso desta água por residentes locais é excluída por um status especial da área de Chernobyl e proibições administrativas relevantes. O único grupo direta e inevitavelmente exposto a ameaças à saúde são os trabalhadores de emergência envolvidos em práticas de drenagem de água relacionadas com a desativação de reatores da Usina Nuclear de Chernobyl e operações de eliminação de resíduos.
Quanto à contaminação do aquífero confinado, que é uma fonte de abastecimento de água técnica e doméstica para a cidade de Pripyat (a maior cidade na área de Chernobyl), também não representa uma ameaça imediata à saúde devido ao monitoramento permanente do sistema de distribuição de água. Caso algum índice de conteúdo radioativo ultrapasse a norma, a retirada de água dos poços locais será suspensa. No entanto, tal situação representa um certo risco econômico devido aos elevados gastos necessários para garantir um sistema alternativo de abastecimento de água. Ao mesmo tempo, as doses letais de radiação no aquífero não confinado retêm um perigo potencial substancial devido à sua considerável capacidade de migração para o aquífero confinado e subsequentemente para as águas superficiais, principalmente no rio Pripyat . Além disso, essa água pode entrar nos afluentes do Rio Dnieprer e no reservatório de Kiev . Desta forma, o número de animais e pessoas que usam água contaminada para fins domésticos pode aumentar drasticamente. Considerando que o Dnieper é uma das principais artérias de água da Ucrânia , em caso de violação da integridade do “Abrigo” ou dos depósitos de resíduos de longa duração, o derramamento extenso de radionuclídeos nas águas subterrâneas pode atingir a escala de emergência nacional. De acordo com a posição oficial da equipe de monitoramento, tal cenário é improvável porque antes de chegar ao Dnieper, o conteúdo de estrôncio-90 é geralmente consideravelmente diluído no rio Pripyat e no reservatório de Kiev. No entanto, esta avaliação é considerada imprecisa por alguns especialistas devido ao modelo de avaliação imperfeito implementado. Assim, a contaminação das águas subterrâneas levou a uma situação paradoxal no domínio da saúde pública: a exposição direta à radiação pelo uso de água subterrânea contaminada para fins domésticos é incomparavelmente menor do que o impacto indireto causado por migração de nuclídeos para terras cultivadas. A este respeito, podem ser distinguidos os riscos para a saúde no local e fora do local de contaminantes na rede de águas subterrâneas da zona de exclusão. Os baixos riscos no local são produzidos pela retirada direta de água para consumo e necessidades domésticas. Foi calculado que, mesmo que hipotéticos residentes usem água no território de depósitos de lixo radioativo, os riscos estariam muito abaixo dos níveis admissíveis. Tais resultados podem ser explicados pela purificação da água subterrânea durante seu transporte hidrológico em águas superficiais, chuvas e derretimento de neve. Os riscos primários à saúde são externos, representados pela contaminação por radionuclídeos de terras agrícolas e causados, entre outros fatores, pela migração de lençóis freáticos através de aquíferos não confinados. Esse processo acaba levando à irradiação interna de pessoas que utilizam alimentos das áreas contaminadas.
Medidas de proteção da água
A urgência de tomar medidas imediatas para proteção da água subterrânea na região de Chernobyl e Pripyat foi causada pelo perigo percebido de transporte de radionuclídeos para o rio Dnieper, contaminando Kiev , a capital da Ucrânia , e 9 milhões de outros usuários de água a jusante. Nesse sentido, em 30 de maio de 1986, o governo adotou o Decreto sobre a política de proteção das águas subterrâneas e lançou um caro programa de remediação da água. No entanto, essas medidas se mostraram insuficientes por se basearem em dados incompletos e na ausência de monitoramento eficiente. Sem informações confiáveis, a equipe de emergência lançou o cenário do “pior caso”, esperando densidade máxima de contaminação e índices mínimos de desaceleração. Quando as informações atualizadas da pesquisa mostraram riscos desprezíveis de migração excessiva de nuclídeos , o programa de remediação foi interrompido. No entanto, até o momento, a Ucrânia já gastou fundos monetários gigantes de quase 20 milhões de dólares para este projeto, bem como expôs os trabalhadores humanitários a perigos desnecessários de irradiação.
Em 1990-2000, o foco das medidas de proteção mudou da remediação para a construção de sistemas de proteção para o isolamento completo das áreas contaminadas ao longo do rio Pripyat e da Usina Nuclear de Chernobyl do resto da região. Desde então, as autoridades locais foram orientadas a concentrar esforços no monitoramento permanente da situação. O processo de degradação dos radionuclídeos foi deixado sob a chamada “atenuação natural observada”
Medidas de monitoramento
Diante da persistente desintegração de materiais radioativos e de fundo de radiação altamente desfavorável na “ zona de exclusão ”, o monitoramento permanente foi e continua sendo crucial tanto para diminuir a degradação ambiental quanto para prevenir catástrofes humanitárias entre as comunidades vizinhas. O monitoramento também permite reduzir as incertezas dos parâmetros e melhorar os modelos de avaliação, levando de fato a uma visão mais realista do problema e de suas escalas. Até o final da década de 1990, os métodos de coleta de dados para monitoramento da qualidade da água subterrânea eram de baixa eficiência e confiabilidade. Durante a instalação dos furos de monitoramento, os poços foram contaminados com partículas de “combustível quente” da superfície do solo, o que tornou os dados iniciais imprecisos. A descontaminação de poços de poluidores externos pode levar 1,5–2 anos. Outro problema foi a purga insuficiente dos poços de monitoramento antes da amostragem. Este procedimento, necessário para a substituição da água obsoleta dentro dos furos por água nova do aquífero, foi introduzido pelo pessoal de monitoramento apenas em 1992. A importância da purga foi imediatamente comprovada pelo crescimento substancial dos índices de estrôncio-90 nas amostras. A qualidade dos dados piorou adicionalmente por corrosão de componentes de aço de poços de monitoramento. Partículas corrosivas alteraram substancialmente o fundo radioativo do aquífero. Em particular, o conteúdo excessivo de compostos de ferro na água entrou em reações compensatórias com o estrôncio, levando a índices enganosamente mais baixos de estrôncio-90 nas amostras. Em alguns casos, o projeto irrelevante de gaiolas de poço também impediu a precisão do monitoramento. As construções de poços implementadas pelo pessoal da Usina Nuclear de Chernobyl no início da década de 1990 tinham seções de triagem de 12 metros, permitindo apenas amostragens dispostas verticalmente. Essas amostras são difíceis de interpretar, pois um aqüífero geralmente tem distribuição vertical desigual de contaminantes). Desde 1994, a qualidade da observação da água subterrânea na zona de Chernobyl melhorou suficientemente. Novos poços de monitoramento são construídos com materiais de poli-vinilcloreto em vez de aço, com seções de peneiramento encurtadas, 1–2 m. Além disso, em 1999-2012 foi criado um local de monitoramento experimental nas proximidades da área de depósitos de lixo radioativo a oeste da Usina Nuclear de Chernobyl , chamada “Floresta Vermelha de Chernobyl”. Os elementos do novo sistema de monitoramento incluem módulo de laboratório, estação de monitoramento de zona não saturada, rede de monitoramento de furos e estação meteorológica. Seus objetivos principais incluem o monitoramento de processos como: extração de radionuclídeos de “partículas de combustível quente” (HFP) dispersas na camada superficial; sua subsequente transição através do aquífero insaturado e condição da zona freática (saturação). HFP são partículas que emergiram de madeira queimada e concreto durante a explosão inicial e subsequente incêndio na “zona de exclusão”. O aquífero insaturado é fornecido com amostrador de água e solo, sensores de contenção de água e tensiômetros . O trabalho de um sítio experimental permite fazer a vigilância em tempo real da migração e condição do estrôncio-90 no aquífero, mas simultaneamente levanta novas questões. A equipe de monitoramento percebeu que as flutuações dos níveis de água influenciam diretamente a liberação de radionuclídeos dos sedimentos, enquanto o acúmulo de matéria orgânica no sedimento se correlaciona com os parâmetros geoquímicos do aquífero. Além disso, pela primeira vez, os pesquisadores detectaram plutônio em águas subterrâneas profundas, o que significa que esse contaminante também tem capacidade de migrar em aqüíferos confinados. No entanto, os meios específicos dessa migração ainda permanecem desconhecidos.
Os pesquisadores preveem que, em caso de proteção inviolada de depósitos de lixo nuclear na zona de exclusão, a concentração de estrôncio-90 até 2020 será muito menor na água subterrânea do que os índices máximos admissíveis. Além disso, a contaminação do rio Pripyat como a rota de água superficial mais vulnerável por afluentes subterrâneos é improvável nos próximos 50 anos. Ao mesmo tempo, o número de poços de monitoramento ainda é insuficiente e precisa de expansão e modificação. Além disso, os furos são distribuídos dentro da zona de exclusão de forma desigual, sem consideração das especificidades hidrológicas e radioativas da área (Kovar & Herbert, 1998
Lições aprendidas
O acidente de Chernobyl revelou total despreparo das autoridades locais para a resolução das questões ambientais de um desastre nuclear. A gestão das águas subterrâneas não é exceção. Sem dados precisos em tempo real e planos de gestão de emergência ajustados, o governo gastou enormes fundos para remediação de águas subterrâneas , que mais tarde provou ser desnecessária. Ao mesmo tempo, medidas de alta prioridade realmente cruciais, como o isolamento confiável do 4º reator danificado, foram executadas em um nível de baixa qualidade. Se o "Abrigo" tivesse sido construído sem deficiências como completamente hermético e isolando o 4º reator do contato com meios externos aéreos, de solo e de água subterrânea, daria uma contribuição muito maior para evitar a entrada de nuclídeos e sua migração através da rede subterrânea. Levando essas falhas para conta, a seguir estão as lições aprendidas com a tragédia de Chernobyl para a gestão das águas subterrâneas:
- A necessidade de um sistema de monitoramento consistente e tecnologicamente confiável, capaz de produzir dados em tempo real de alta qualidade;
- Dados de monitoramento exatos como base primária para quaisquer práticas corretivas e políticas de melhoria;
- Os critérios e objetivos das atividades de gestão das águas subterrâneas, seja ela de remediação, obras de construção ou restrições agrícolas, devem ser identificados na fase de análise e antes de qualquer realização prática;
- Os problemas de contaminação das águas subterrâneas devem ser considerados em uma perspectiva mais ampla, com estreita correlação com outras vias e formas de contaminação, porque todos eles estão interligados e mutuamente influenciados;
- É sempre altamente recomendável envolver especialistas internacionais e acadêmicos importantes para a revisão por pares dos planos de ação elaborados;
- A gestão das águas subterrâneas em áreas de contaminação radioativa deve ser baseada na abordagem ecossistêmica integrada, ou seja, considerando sua influência nos ecossistemas locais e globais, bem-estar das comunidades locais e impactos ambientais duradouros.