Radon v geodynamicky aktivní oblasti Náchodska

Abstrakt

Hlavním cílem diplomové práce bylo zjistit distribuci koncentrací radonu nad zlomy a najít vztah mezi hodnotami koncentrací radonu v půdním vzduchu a v objektech. Zájmová oblast diplomové práce se nachází v české části vnitrosudetské pánve v Broumovském výběžku a zhruba rozsahem odpovídá mapovému listu 04-33 Náchod 1:50 000 geologické mapy ČR (Vejlupek et al., 1990). Území je seismicky velmi aktivní.

Pro zpracování dat z terénních měření a pro práci s databázemi SÚRO A ČGS byl použit program ArcGIS 9.1; dále pak již open-source software.

Byla provedena terénní měření koncentrací radonu v půdním vzduchu na 11 profilech protínajících jednotlivé zlomové struktury.

Nepotvrdil se zažitý předpoklad strmého nárůstu koncentrace radonu nad zlomem oproti okolí. Koncentrace radonu byly naopak nejvyšší v okrajových partiích zlomu, na kontaktu s neporušenou horninou, nad zlomem spíše klesaly. To je zřejmě způsobeno snížením propustnosti alterovanou výplní zlomu. Významným faktorem je i fakt, že oblast vnitrosudetské pánve je tektonicky poměrně aktivní a obsahuje velké množství zlomových struktur, z nichž mnohé nejsou uvedeny v mapě. Jedná se hlavně o menší doprovodné poruchy.

Dále bylo provedeno statistické vyhodnocení měření radonu v půdním vzduchu (databáze ČGS) a v domech (databáze SÚRO) za účelem nalezení závislosti mezi koncentracemi radonu v podloží a v domech.

Sledován byl také možný vliv vzdálenosti měřicích ploch/objektů od zlomových struktur a také od hranic litologických jednotek. Problémem se ukázala být nejen relativní různorodost horninových typů v zájmové oblasti, ale hlavně velké množství anomálií způsobených odpady po těžbě uranem bohatého uhlí, případně přímo uranu a jejich používání ve stavebnictví. Podle výsledků letecké radiometrie, které publikovali Gnojek a Mutlová (2002), se jedná o relativně kontaminovanou oblast, i když mnohé anomálie jsou umístěny mimo obydlené oblasti a nejsou označeny jako rizikové. Pravděpodobně v důsledku toho nevykázal graf hodnot koncentrací radonu v podloží a v domech pro jednotlivé horninové typy žádnou závislost. Bylo zjištěno, že přítomnost zlomových struktur a hranic litologických jednotek má vliv na koncentrace radonu v domech.

Radon in geodynamically active region of Náchod

Summary

Principal aim of this diploma thesis was to survey the radon (²²²Rn) concentrations over the faults and also find out the relationship between radon concentrations in soil gas and in houses. Area of interest is located in eastern part of the Czech Republic in permian-carboniferous sedimentary basin called Vnitrosudetská pánev and approximately fit into the geological map “04-33 Náchod” in 1:50 000 scale (Vejlupek et al., 1990).

Esri ArcGIS 9.1 program was chosen for processing data from field surveys and also for working with Czech Geological Survey (ČGS) and National Radiation Protection Institute (SÚRO) databases.

During the field survey radon concentrations in soil gas on 11 cross-sections situated across the faults were measured.

The highest radon concentrations were measured on the fault margins on contact with unfaulted bedrock. Concentrations over the faults were decreasing or in some cases dropped below the detection limit.

Statistical evaluation of soil gas radon measurements (ČGS database) and indoor radon measurements in houses (SÚRO database) was made in order to find a relationship between radon concentrations in soil gas and in houses. This was probably caused by the alterated fill of the faults which decreases the soil permeability. Significant influence also have smaller sectional fractures which are not showed on the map and tectonic activity of the basin.

Other important factor was possible dependence of radon concentrations on proximity to faults or lithologic boundaries. Problem was the relative rock heterogeneity of the area and especially big amount of anomalies caused by uranium and uranium rich coal mining tailings and their using in building industry. According to aerial radiometry made by Gnojek et al. (2002) the measured area is relatively contaminated although many anomalies are located outside of urbanized areas and are marked as not hazardous. Consequently we did not found any relationship between soil gas radon, indoor radon values and bedrock type.

Seznam použitých zkratek

Předmluva autora (nebo doslov?)

S ohledem na omezený rozsah článku jsem nakonec vypustil jakékoliv zmínky o „radonové“ legislativě, taktéž i o historii radonu obecně. V případě zájmu o tyto pasáže, stejně jako o komplexnější informace vás odkazuji na kompletní diplomovou práci, kterou si můžete stáhnout zde:

(PDF, cca 3,8 MB)

Úvod

Přítomnost zlomových struktur na měřených plochách nebo v jejich blízkosti je jedním z faktorů, který může mít velký vliv na míru radonového rizika, vyjádřenou v ČR tzv. radonovým indexem (Barnet 1994, Neznal et al. 2004). Podle obecně vžité představy patří zlomové struktury k faktorům, které zvyšují objemovou koncentraci radonu a tím i kategorii radonového indexu a koncentrace radonu v objektech (např. Varley a Flowers, 1993; Procházka et al., 1998; Appleton, 2004).

Ve skutečnosti má však na toto konstatování zásadní vliv především charakter zlomových struktur (zejména ve vztahu k propustnosti), jejich stáří i recentní aktivita a pozice zlomů ve studovaných regionálně geologických jednotkách. Významnou roli hraje také měřítko sledování hodnot radonu na zlomech. Detailní profilová měření radonu i přes jednoduché zlomové struktury obvykle prokazují zvýšenou až extrémní koncentraci objemové aktivity radonu v těsné blízkosti kontaktu neporušené horniny a výplně zlomu, zatímco zlomová výplň je charakterizována hodnotami často i nižšími než v neporušené hornině (např. Barnet, 2005). To je je obvykle způsobeno alterovaným charakterem výplně, ovlivňujícím její propustnost. Při regionálních měřeních dochází k zobecňování tohoto jevu a k preventivnímu označení zlomů jako potenciálních zdrojů pronikání radonu z geologického podloží (Barnet, 2005). Cílem diplomové práce bylo zhodnocení vlivu zlomových struktur na koncentrace radonu v tektonicky aktivním území Náchodska.

Vlastnosti radonu

Radon je inertní, jednoatomový radioaktivní plyn VIII. skupiny periodické soustavy. Patří do skupiny tzv. vzácných plynů, jako neon, argon, krypton a xenon. Má tři přirozené radioizotopy tj.: radon ²²²Rn s poločasem rozpadu 3,82 dne, thoron ²²⁰Rn s poločasem rozpadu 55 s a aktinon ²¹⁹Rn s poločasem rozpadu 3,9 s, je plynným členem (emanací) všech tří přirozených přeměnových řad - uranové, thoriové, aktiniové. Vzhledem ke koncentracím mateřských radionuklidů a jejich poločasům rozpadu je podstatné se zabývat pouze radonem ²²²Rn a thoronem ²²⁰Rn. Oba vznikají v horninovém prostředí v řádově podobném zastoupení. Ale pouze radon ²²²Rn díky svému delšímu poločasu rozpadu může migrací ovlivňovat významně jiná, nežli horninová prostředí.

Vzniká v uranové přeměnové řadě alfa přeměnou z radia ²²⁶Ra. V poměru k atmosférickému vzduchu je 7,7 krát těžší; t_t = -71 °C, t_v = -61,8 °C. Je bez barvy a zápachu a téměř nevytváří chemické sloučeniny. Ve vodě je málo rozpustný, lépe se rozpouští v některých organických kapalinách, např. v sirouhlíku, hexanu, benzenu, toluenu, etheru, ethanolu aj. Pro detekci radonu je velmi významná sorpce radonu na aktivní uhlí a silikagel. Podrobnější informace o radonu jako chemickém prvku najdete v původní diplomové práci.

Radon byl objeven roku 1900 Friedrichem E. Dornem při zkoumání radioaktivního rozpadu radia a byl původně pojmenován radiová emanace. Jméno radon se k jeho označení používá až od roku 1923.

Geologie zájmové oblasti

Pešek et al. (2001) popisuje vnitrosudetskou pánev jako složité brachysynklinorium, které vzniklo v sudetském bloku především variskou tektogenezí v území mezi Žacléřem, Hronovem, Nowou Rudou a Walbrzychem. Celková rozloha pánve je přibližně 1800 km², z čehož více jak dvě třetiny leží v Polsku. K nám pánev zasahuje pouze v okolí Žačléře a Broumovského výběžku. Pro českou část pánve se též užívalo označení Žacléřsko-svatoňovická. Na SZ je vnitrosudetská pánev ohraničena Krkonošemi, na SV Sovími horami a na JV Orlickými horami. Od sousední podkrkonošské pánve je oddělena hronovsko-poříčským zlomem.

Jde o depresi, jejíž delší osa směru SZ-JV se shoduje s osou nadložních svrchnokřídových sedimentů. Vůči svrchnopaleozoickým uloženinám je tato osa excentrická a dělí pánev do dvou „křídel“. Užší, jz. (české) křídlo, je omezeno proti podkrkonošské pánvi na Z hronovsko-poříčskou poruchou a zužuje se směrem k JV. Jeho stavba je známá i z důlních děl a z řady hlubokých vrtů, z nichž dvě desítky byly ukončeny v podloží pánve. V plošně rozsáhlejším sv. (polském) křídle byl na území ČR (v. část Broumovska a Javoří hory) vrstevní sled spodního permu a karbonu ověřen jediným vrtem ukončeným v podloží pánve u Broumova (Brou-l). Obě křídla se spojují v brachysynklinálních uzávěrech. Struktura sz. uzávěru je relativně dobře známa, jv. uzávěr je z větší části zakryt svrchnokřídovými sedimenty polické pánve, případně prolomu kladské Nisy.

Sedimenty české části pánve leží vesměs na proterozoických a spodnopaleozoických horninách. Známe je více z obvodu pánve než z jejího podloží, kde byly zastiženy obvykle jen vrty. Na severozápadě jde o horniny krkonošsko-jizerského krystalinika, reprezentované především fylity, grafitickými a zelenými břidlicemi a porfyroidy. Na jihovýchodě byly v pánevním podloží zjištěny fylity, metadroby, zelené břidlice, porfyroidy, felzity, keratofyry a ortoruly. Podle Chaloupského (in Tásler et al. 1979) náleží k orlicko-sněžnickému krystaliniku. Z podloží polské části pánve byla vedle metamorfitů a vyvřelin popsána i silurská a devonská nemetamorfovaná depozita.

Geologickou stavbou pánve se podrobněji zabýval například Tásler et al. (1979). Podloží tvoří krystalinikum okrajových masivů pánve (krkonošsko-jizerské, orlicko-kladské a sowiegórske).

Zájmová oblast diplomové práce je uvedena na obr. 3 a územně se shoduje s mapovým listem 04 - 33 Náchod 1:50 000 (Vejlupek et al.,  1990). Na obr. 4 je panoramatický pohled na zájmovou oblast pořízený od Jiráskovy chaty u Dobrošova nad Náchodem. Jedná se o pohled směrem k severozápadu, v dolní části snímku se nalézá město Náchod a je zde dobře patrný téměř celý hřeben permokarbonských sedimentů, oddělených hronovsko-poříčskou poruchou.

Na obr. 5 je jiný pohled pořízený z lokality Hvězda u Hlavňova orientovaný k severovýchodu - ke státní hranici mezi Českou republikou a Polskem, na níž vystupují permské paleovulkanity - andezity. Dole je město Broumov.

Obr. 5: jiný pohled na zájmovou oblast (dílčí fotografie Petra Pacherová, panoramatické zpracování autor)

Seismicita oblasti

Oblast je seismicky velmi aktivní. Oblast hronovsko-poříčského zlomu je historicky známa výskytem silných zemětřesení, jedno z posledních nejsilnějších bylo v r.1901 (intensita 7° MSK). Jak uvádí Špaček et al. (2005), pro oblast jsou typické série zemětřesení - například série v letech 1901, 1905 a 1984.

Významná seismicko-tektonická aktivita zde byla pozorována i v období 2004-2005. Zaznamenána byla i série většího množství slabších otřesů (pět s magnitudem v rozmezí 1 až 2,2) 10.8. 2005, což představuje další relativně významný projev seismicko-tektonické aktivity v oblasti Hronova (Špaček et al. 2006).

V současné době poslední větší zemětřesení (magnitudo 3,1) bylo zaregistrováno ve východních Čechách 25.10.2005 v 10:51 UTC. Epicentrum otřesu bylo lokalizováno světovou seismologickou službou EMSC se souřadnicemi 50,5 N a 16,1 E, tj. na území Polska. Hypocentrum zemětřesení bylo v hloubce 2 km.

Vyhodnocení databáze GERN pro zájmovou oblast

Před terénním měřením bylo provedeno vyhodnocení možné závislosti koncentrace radonu na typu horniny, případně geologickém útvaru. Pro tuto analýzu byly použity dva datasety – údaje o měření radonu v půdním vzduchu (databáze GERN = GEologie RN) a vektorizovaná geologická mapa zájmové oblasti.

Údaje o měření radonu v půdním vzduchu pocházejí z radonové databáze jejímž správcem je Česká geologická služba. Databáze měření pro zájmovou oblast obsahuje 69 bodů. Vektorová geologická mapa vypracovaná ČGS se územně shoduje s mapovým listem 04 - 33 Náchod 1:50 000 (Vejlupek et al., 1990). Polygony jednotlivých litologických typů hornin jsou slučovány podle petrogenetických charakteristik (některé mapové listy obsahují až přes 100 rozdílných litologických typů hornin).

Aby bylo možné provést statistickou analýzu dat, bylo nejdříve nutné v programu ArGIS 9.1 k jednotlivým plochám (v databázi uloženy jako body) přidat údaje o geologickém podloží z výše uvedené vektorové mapy. Poté byl proveden export dat z těchto skupin do souborů typu dBase za účelem jejich statistického vyhodnocení. Veškeré další statistické zpracování těchto dat bylo již prováděno v aplikaci OpenOffice.org 2.0 Calc za použití standardních statistických a databázových funkcí. Při zpracování bylo ze souboru dat vyřazeno 5 bodů s nulovými hodnotami koncentrací radonu (tj. pod detekční limit).

Naměřené body byly rozděleny do skupin podle geologického útvaru pomocí filtrů dat, poté byly vypočteny aritmetické průměry pro jednotlivé parametry včetně propustnosti. Získané údaje jsou uvedeny v následující tabulce.

Tab. 1: aritmetické průměry koncentrací radonu pro jednotlivé geologické útvary. U propustnosti se jedná též o aritmetický průměr dílčích hodnot (pozn. 1 - propustnost nízká, 2 - střední, 3 - vysoká)

Jak je dobře vidět na následujících grafech, na většině měřených lokalit převládá střední radonový index (kolem 70 %), výrazně je zastoupen i nízký index (kolem 20 %). Pouze v oblastech permských a křídových hornin je zastoupena i kategorie vysokého radonového indexu tvořící kolem 5 % měřených ploch. Trias není v grafech uveden, protože byla k dispozici pouze jedna lokalita.

Jak vyplývá z obr. 7, nejvyšší hodnoty koncentrací radonu, stejně jako největší rozpětí mezi maximem a minimem vykazují permské horniny. Nejnižší hodnoty jsou v triasu, nicméně k dispozici byla pouze jedna lokalita v zájmovém území, takže hodnoty nejsou reprezentativní. Křída i kvartér pak mají velmi podobné charakteristiky.

Vzhledem k tomu, že horninové podloží je i v rámci jednotlivých útvarů velmi variabilní, bylo dále provedeno i vyhodnocení podle jednotlivých horninových typů.

V následující tabulce jsou uvedeny aritmetické průměry pro jednotlivé typy hornin. Kategorie hornin byly převzaty z výše uvedené vektorové mapy Náchodska. Horninové typy jsou kvůli lepší porovnatelnosti s předchozími výsledky seřazeny do skupin podle geologických útvarů.

Výsledná data jsem vykreslil do následujícího grafu. Kvůli reprezentativnosti byly z grafu vyřazeny horninové typy, pro které byla k dispozici pouze jedna měřená plocha, konkrétně se jednalo o 10 měřených ploch.

Nejvyšší hodnoty v z našich dat vykazují permské andezity. Magmatické horniny zastoupené zde granodiority stáří spodního paleozoika – svrchního proterozoika mají naopak relativně nízké hodnoty, stejně jako vulkanické ryolitové ignimbrity.

Klener et al. (2000) uvádí, že běžné hodnoty OAR v půdním vzduchu v hloubce 1 metru se pohybují v rozmezí 1-100 kBq/m³, v extrémním případech i nad 1000 kBq/m³.

V námi zkoumané oblasti jsou hodnoty koncentrací radonu v půdním vzduchu relativně nízké. Průměrné hodnoty sice v některých případech dobře korelují s celorepublikovými průměry (srovnání s Barnet et al., 2007), nicméně většinou jsou hodnoty velmi nízké a ani v maximech nepřekračují 100 kBq/m³. Tuto hodnotu v našem případě v maximech překračují pouze andezity (162,5) a blíží se jí některé kvartérní sedimenty. Jedná se hlavně o sedimenty antropogenního původu – navážky, odvaly, haldy apod. Vzhledem k tomu, že v oblasti Náchodska je popisován výskyt ložisek uhlí s obsahem uranu (např. Pešek et al., 2001) a probíhala zde i jejich těžba, je zvýšená koncentrace radonu zřejmě způsobena vyššími obsahy uranu a jeho rozpadových produktů v těchto sedimentech.

Metodika měření

V zájmové oblasti bylo vybráno 11 profilů v oblasti hronovsko-poříčské poruchy. Cílem bylo co nejlépe profilem protnout vybraný zlom. Na každém profilu je v pravidelných rozestupech (cca 3 m) vybráno přibližně 13-15 měřicích bodů v závislosti na místních podmínkách. Protože nebyl stanovován radonový index lokality, nebylo nutné dodržovat jednotný počet bodů na profilu.

Na každém bodě je do země zaražena ocelová tenká trubka do hloubky 80 cm. Trubka je na konci při zarážení opatřena hrotem na ztraceno, který se po dosažení předepsané hloubky vyrazí trnem. Na trubku se nasadí gumová hadička. Velkou plastovou injekční stříkačkou (JANNETE) o objemu 150 ml se z trubky vysaje vzduch a vyfoukne (mezitím je hadička zaškrcena svorkou nebo ručně, aby se do trubky nedostal atmosférický vzduch). Postup se opakuje ještě jednou a při třetím nasátí vzduchu se předpokládá, že se jedná již pouze o půdní vzduch uvolňovaný ze zeminy. Poté se hadička vycházející z trubky připojí k přístroji a půdní vzduch se napumpuje do scintilační komory. Poté jsou provedena paralelní měření za účelem minimalizace statistické chyby měření. Vlastní měření aktivity radonu ²²⁶Rn je po nastavení parametrů automatické, obsluha pouze aktivuje měření a zaznamenává výsledky z displeje přístroje. Výsledkem jsou hodnoty v impulzech za minutu pro jednotlivá dílčí měření. Ty je pak nutno přepočíst podle níže uvedených kalibračních rovnic pro daný přístroj, abychom dostali hodnoty objemové aktivity radonu (OAR) v kBq/m³.

K měření byly použity přístroje RDA – 200 firmy Scintrex se scintilační komorou běžně používané ČGS ke stanovení radonového indexu. Kalibrace přístrojů byla zajištěna Oddělením užité geofyziky Ústavu hydrogeologie, inženýrské geologie a užité geofyziky PřF UK.

Zpracování dat

K vytvoření map měřicích profilů byly použity mapy z mapového serveru ČGS vyexportované jako webové stránky (html soubory) a v nich uložené png obrázky byly dále zpracovány. Z mapového serveru byly použity vektorové vrstvy GeoČR 1:50 000 (geologická stavba a zlomy), vojenská topografická mapa v měřítku 1:25 000 a letecká ortofoto mapa ze serveru MŽP. Png obrázky byly použity jako vrstvy - ortofoto mapa jako podklad a v programu Gimpshop byl vytvořen její překryv geologickou mapou včetně nastaveni průhlednosti geologické mapy. Vytvořený snímek ortofoto mapy s překryvem geologie ve formátu png byl dále zpracován v aplikaci OpenOffice.org Draw, kde byly zakresleny zlomy, šipky a z aplikace OpenOffice.org Calc vložen orientační graf objemové aktivity radonu naměřený na daném profilu.

Z dat získaných na každém profilu byly následně vypočteny tyto hodnoty:

Ukázka výsledků měření

Profil 01 – „Zbečník-Hronov“

Legenda pro profil 01- geologické jednotky v těsné blízkosti profilu

Tab. 2: tabulka naměřených hodnot objemové aktivity radonu na profilu 01 zahrnující i grafické znázornění hodnot. Přítomnost zlomu je v grafu naznačena šipkou.

Tab. 3: některé další parametry charakterizující profil 01.

Měřicí profil je umístěn na rozhraní svrchnokarbonských aleuropelitů až pískovců a mořských a jezerních svrchnokřídových sedimentů (slínovce, jílovce, pískovce). Poblíž profilu se též vyskytují fluviální sedimenty holocénního stáří (staré říční koryto). Zlom probíhá na rozhraní svrchnokřídových hornin (jílovce až slepence) a svrchnokarbonských aleuropelitů až pískovců. Propustnost na profilu je vysoká (stupeň 3). Přítomnost zlomu (barevně vyznačena v  tab. 2) se na měřeních objemové aktivity radonu projevila poklesem hodnot pod detekční limit. Nízké hodnoty objemové aktivity radonu naměřené nad zlomem budou pravděpodobně způsobeny sníženou propustností v důsledku zajílování zlomu.

Statistické vyhodnocení dat z měření v domech

Variace hodnot na jednotlivých lokalitách

Pro posouzení případného vlivu tektoniky na naměřené hodnoty koncentrací radonu v domech a v podloží bylo nutné zjistit, jaké mohou být „normální“ tektonikou minimálně ovlivněné variace hodnot koncentrací radonu na Náchodsku. Vyhodnocení bylo provedeno porovnáním databáze měření koncentrací radonu v domech (databáze SÚRO) s vektorovou vrstvou tektonických poruch a geologickým podložím vypracovanou ČGS v programu ArcGIS 9. Databáze měření v objektech pro zájmovou oblast obsahuje celkem 2008 bodů (= objektů).

Primárně nebyly k dispozici údaje z obcí s naměřenými hodnotami koncentrací radonu v půdním vzduchu i v objektech, takže bylo potřeba provést seskupení dat z obou databází a získat lokality s alespoň 2 plochami měření radonu v podloží a také s několika proměřenými objekty. V programu ArcGIS 9.1 jsem vybral všechny proměřené domy z databáze "Indoor" ležící do 100 m od měřené plochy GERN (radon v půdním vzduchu). S ohledem na velkou variabilitu horninového podloží v zájmové oblasti, jsem dále provedl užší výběr v aplikaci OpenOffice.org Calc tak, aby všechny prvky dané skupině ležely na stejné litologické jednotce. Toho jsem dosáhl jednoduchou kontrolou čísel polygonů představujících jednotlivé horninové typy v použité vektorové geologické mapě. Důležité bylo také, aby v těchto lokalitách nebyly žádné zjištěné zlomy nebo přesmyky, které by měly vliv na naměřené hodnoty.

Na obr. 13 je grafické vyobrazení hodnot koncentrací radonu vycházející ze 3 ploch měření v půdním vzduchu (GERN) a měření v 6ti objektech (Indoor) v lokalitě „Náchod“. Podloží tvoří permské konglomeráty. Všechny měřené objekty leží v oblasti s vysokým radonovým indexem.

Na obr. 14 je obdobný grafický výstup dat pro další lokalitu – Broumov. V tomto případě byla použita data ze 2 ploch měření v půdním vzduchu (GERN) a měření v 17ti objektech (Indoor). Podloží tvoří permské jílovité prachovce. Všechny měřené objekty opět leží v oblasti s vysokým radonovým indexem

V obou případech jsou rozdíly mezi jednotlivými měřenými objekty často velmi výrazné a dosahují až 100 Bq/m³. Žádná stavba nepřekračuje směrné hodnoty pro stavby s obytnými či pobytovými prostorami, resp. hodnoty pro stávající stavby stanovené vyhláškou č.307/2002 Sb., tj. 400 Bq/m³. Databáze bohužel neobsahuje žádné bližší údaje o objektech, takže není možné posoudit možný vliv použitých stavebních materiálů atd. na naměřené hodnoty. V ostatních případech byla situace obdobná, nicméně často nebylo k dispozici dostatečné množství dat, aby výsledky bylo možno brát jako reprezentativní.

Vliv vzdálenosti objektů od zlomu

Bylo provedeno vyhodnocení závislosti koncentrací radonu na vzdálenosti měřeného objektu od zlomů. Vyhodnocení bylo opět provedeno srovnáním koncentrací radonu v domech (databáze SÚRO) s vektorovou vrstvou tektonických poruch a geologickým podložím vypracovanou ČGS v programu ArcGIS 9. Databáze měření v objektech pro zájmovou oblast obsahuje celkem 2008 bodů (= objektů).

Body byly rozděleny do tří kategorií podle vzdálenosti (0-20; 20-50 a 50 a více m) od tektonických poruch a následně po exportu do dBase souborů zpracovány v OpenOffice.org 2.0 Calc za použití standardních statistických a databázových funkcí.

Obr. 15: grafy jednotlivých parametrů pro průměrné a maximální hodnoty naměřených koncentrací radonu v objektech v závislosti na vzdálenosti od zlomů.

Podle grafů na obr. 15 je vidět, že koncentrace radonu se vzdáleností od zlomů jakoby klesají. Rozdíly mezi jednotlivými kategoriemi vzdáleností se pohybují kolem 10 Bq/m³ mezi první a druhou kategorií (tj. 0-20 m a 20-50m) a cca 3 Bq/m³ mezi druhou a třetí kategorií (20-50 m a 50 a více). Ovšem s ohledem na fakt, že zlom na mapě zobrazovaný jako tenká linie může být ve skutečnosti i 50 m široký, nelze vyslovit jednoznačné závěry. Celá oblast obsahuje velké množství tektonických poruch a jednotlivé zmapované zlomy jsou často doprovázeny menšími (v mapě neuvedenými) poruchami, což může velmi ovlivnit měření.

Vliv vzdálenosti objektů od litologických hranic

Dále bylo provedeno vyhodnocení možného vlivu vzdálenosti objektu od hranic litologických jednotek. V ArcGISu byly ze souboru (tzv. shapefile) obsahujícího veškeré tektonické struktury a litologické hranice vyseparovány linie označené jako „hranice zjištěná“, případně „přechod litologický“. Na základě těchto linií byly pomocí funkce „Select by location“ rozděleny do tří kategorií podle vzdálenosti stejně jako v případě zlomů. Následná statistická analýza dat byla prakticky totožná s vyhodnocením u zlomů. Z datasetu byly opět vypuštěny 3 odlehlé hodnoty (tytéž jako v předchozím případě).

Obr. 16: grafy jednotlivých parametrů pro průměrné a maximální hodnoty naměřených koncentrací radonu v objektech v závislosti na vzdálenosti od litologických hranic.

V případě litologických hranic je vidět zřetelná korelace mezi vzdáleností od hranic litologických jednotek a koncentrací radonu v objektech. Na těchto rozhraních je situace podobná jako na okrajích zlomových struktur, kde jsou také výrazně příznivější podmínky pro migraci radonu z podloží. S ohledem na zjištěné údaje roste s blízkostí litologické hranice i aktivita radonu. Rozdíly koncentrací radonu mezi jednotlivými kategoriemi vzdáleností jsou přibližně stejné, jako v případě zlomů.

Vyhodnocení závislosti koncentrace radonu v objektech na typu horninového podloží

Pro tuto analýzu byly použity stejné zdroje dat, jako v předchozí kapitole – tj. databáze GERN a hodnoty radonu v domech. Z obou databází byly v programu OpenOffice.org Calc vybrány horninové typy, které se vyskytovaly v obou databázích, tzn. pro daný typ horniny byly k dispozici jak údaje o měření radonu v půdním vzduchu, tak v domech.

Výsledná data jsem pro zjištění závislosti vykreslil do grafu:

Obr. 17: graf průměrných koncentrací radonu v půdním vzduchu (GERN) vs. v domech (Indoor).

Na výsledných grafech bohužel není patrný žádný trend závislosti koncentrací radonu v domech na radonu v půdním vzduchu. Podobně tomu bylo i v případě maximálních naměřených hodnot, proto je zde ani neuvádím.

Diskuze

Podle obecně vžitých představ vykazují zlomové struktury zvýšené hodnoty koncentrací radonu, které by se měly projevit výrazným peakem přímo nad zlomem, což schematicky ukazuje obr. 1a. V praxi je ovšem situace poněkud jiná. Nejvyšší nárůst koncentrace radonu se často vyskytuje na okraji zlomu, na rozhraní pevné horniny a výplně zlomu (obr. 1b). Výplň zlomu vykazuje často výrazně sníženou propustnost v důsledku alterace. V důsledku toho hodnoty koncentrace radonu přímo nad zlomem mohou být mnohem nižší než v okolí zlomu, případně mohou být dokonce pod detekčním limitem měřicí aparatury.

V datech získaných v rámci měření koncentrace radonu na zlomech přímo v terénu je velmi dobře vidět, že nelze oblasti nad zlomy obecně považovat za hlavní místa úniku radonu z podloží. Na žádném z měřených profilů nebyl pozorován jednoduchý skokový nárůst nad oblastí zlomu, v literatuře uváděný jako „single peak“. V mnohých případech se naopak oblast zlomu vyznačovala velmi nízkými koncentracemi a k nárůstu docházelo až v okrajových partiích, na kontaktu s neporušenou horninou (např. profil 5 a 9).

Na distribuci koncentrací radonu nad zlomy má samozřejmě vliv mnoho faktorů. Wang et al. (2006) například zmiňuje velký vliv mělké hladiny podzemní vody a dalších environmentálních faktorů na koncentrace radonu. V případě měření v urbanizovaných oblastech hraje významnou roli činnost člověka – hlavně různé přemísťování zemin, těžba apod.

V případě provedených analýz s databázemi GERN a radonu v objektech existuje samozřejmě mnoho faktorů ovlivňujících výsledky. Velký vliv má stáří domů a materiál použitý ke stavbě domů mj. s ohledem na fakt, že na Náchodsku docházelo k častému použití odpadů z těžby uhlí i různých sekundárních produktů (škvár apod.) při stavebních pracích. Získat tyto informace by bylo ale poměrně obtížné a časově i finančně náročné. Podle informací, které uvádí např. Gnojek et al. (2002) byly radioaktivní materiály použity hlavně na úpravy cest v průmyslových objektech, v některých případech bohužel i na povrchy hřišť a cest na sídlištích. Nicméně je běžnou praxí, že se odpadní materiály z těžby dříve používaly při stavbě domů, ať už přímo jako kameny pro zdivo, nebo jako zásypový materiál.

Další problém je, že tektonické struktury jsou v mapě uvedeny jako linie, ačkoliv jsou často X0 m široké. Díky tomu se může stát, že nám nejvyšší hodnoty koncentrací radonu vycházejí např. 20 m od zlomu, zatímco v „místě zlomu“ jsou nižší. Ve skutečnosti se pak jedná o 20 m široký zlom s alterovanou výplní. V případě terénního měření je možné tuto chybu eliminovat přesnější lokalizací zlomu – např. některými geofyzikálními metodami.

U litologických hranic pak podobný problém představuje způsob jejich mapování. Vzhledem k tomu, že hranice litologických jednotek byly velkou měrou mapovány pomocí úlomkové metody, mají hranice uvedené v geologické mapě jistou toleranci.

Poněkud překvapivé bylo zjištění, že mezi naměřenými hodnotami koncentrací radonu v podloží a v domech pro jednotlivé horninové typy neexistuje žádná závislost. Na následujícím obrázku jsou grafy závislostí koncentrací radonu v půdním vzduchu a v objektech převzaté z Barnet et al. (2002). Na obou je patrná jistá korelace mezi podložím a objekty.

Nicméně autoři této práce prokázali závislost mezi hodnotami radonu v podloží a v objektech pouze v 5 ze 7 okresů. V okrese Strakonice „nebyla zjištěna prokazatelná závislost radonu v objektech a podloží“. Prezentované výsledky jsou nicméně pouze úvodní fází studia vztahu radonu v objektech a v podloží v ČR, výzkum dále pokračuje.

Vhodné by bylo se tímto problémem dále zabývat a provést podrobnější průzkum oblasti zahrnující zjištění technického stavu objektů a měření radonu v půdním vzduchu alespoň v několika modelových lokalitách na různém horninovém podloží. Tyto poznatky by bylo možné pak porovnat se stávajícími informacemi o radioaktivních zátěžích na Broumovsku.

Závěr

V rámci řešení diplomové práce bylo provedeno terénní měření koncentrace radonu v půdním vzduchu na 11 zlomech. Na většině z nich byly zjištěny nejvyšší koncentrace na okraji zlomu, což svědčí o snížení propustnosti na zlomu vlivem alterované výplně tvořené často jíly. Není proto možné situaci generalizovat a všechny zlomy apriori označit jako zdroje radonu. V některých případech vykazovaly oblasti nad zlomem naopak výrazné snížení koncentrací radonu v půdním vzduchu.

Při statistickém zpracování dat bylo využito již existujících databází spravovaných ČGS a SÚRO. Bylo zjištěno, že se snižující se vzdáleností objektu od hranice litologických jednotek roste koncentrace radonu v objektu, i když tento nárůst nebyl nikterak extrémní. Totéž platí i pro zlomové struktury s přihlédnutím ke způsobu jejich zakreslení v geologických mapách.

Nebyl naopak zjištěn žádný vztah mezi koncentracemi radonu v podloží a v objektech na jednotlivých horninových typech. To přisuzuji hlavně velkému množství starých radioaktivních zátěží na Broumovsku způsobených těžbou a zpracováním uranem bohatého uhlí a uranu a také následným využíváním odpadů z těchto procesů. Vzhledem k absenci informací o stáří a technickém stavu objektů v databázi nebylo možné tento vliv prokázat a bylo by vhodné se touto problematikou dále zabývat.

Použitá literatura a informační zdroje

Geologický profil českou částí vnitrosudetské pánve (upraveno podle J. Spudila 1997). 1 - krystalinické podloží; 2 - žacléřské souvrství; 3 – odolovské souvrství; 4 – chvalečské souvrství; 5 – broumovské souvrství; 6 – posálské jednotky: trutnovské, bohuslavické a bohdašínské souvrství (saxon až trias); 7 – svrchní křída