Konstrukce mapy radonového rizika z geologického podloží

Mapa radonového rizika z geologického podloží byla sestavena na základě výsledků radonového programu České republiky, realizovaného od r. 1990 ve spolupráci s Meziresortní radonovou komisí ČR a Asociací radonové riziko, která sdružuje firmy zabývající se měřením radonu v podloží a v objektech.

Podklad mapy vyjadřuje radonové riziko klasifikované třemi základními kategoriemi (nízké, střední a vysoké riziko) a jednou přechodnou kategorií (nízké až střední riziko pro nehomogenní kvartérní sedimenty). Převažující radonové riziko v geologických jednotkách je stanoveno na základě statistického zhodnocení 6 900 přímých měření radonu v terénu, prováděných jak Českým geologickým ústavem, tak firmami sdruženými v Asociaci radonové riziko. Členské firmy Asociace radonové riziko poskytují údaje o měření radonu do databáze zdarma a jsou jejich majiteli. Všechna měření byla provedena jednotnou metodikou, schválenou hlavním hygienikem ČR v r. 1992. Měření radonu v podloží jsou prováděna přístroji kalibrovanými v radonové komoře Ústavu pro expertizy a řešení mimořádných situací v Kamenné. Metodika odběru půdního plynu z hloubky 0,8 m je v terénu testována na referenčních plochách v okolí Liberce.

Kategorie radonového rizika z geologického podloží, uvedená v mapě v měřítku 1 : 500 000, vyjadřuje statisticky převažující kategorii v dané geologické jednotce. Výsledky měření radonu na konkrétních lokalitách se proto mohou od této kategorie odlišovat, především díky rozdílům mezi regionální a lokální geologickou situací. Zvláštním případem jsou především nehomogenní kvartérní sedimenty (např. říční terasy), které obsahují jak velmi propustné vrstvy (štěrkovité), tak i nepropustné jílovité vrstvy. V těchto sedimentech proto může docházet ke vzniku bariér, zabraňujících pronikání radonu z podloží, a k vytváření lokálních akumulací radonu pod nepropustnými vrstvami. Proto jsou tyto sedimenty označeny přechodnou kategorií radonového rizika (nízké až střední riziko). Radonové riziko z podloží obvykle vzrůstá i v místech tektonických poruch, zlomů a mylonitizovaných pásem a v oblastech se zvýšeným dávkovým příkonem gama (podle radiometrické mapy České republiky 1 : 500 000 - M. Manová, M. Matolín 1995). Vyšší radonové riziko je možno očekávat i v blízkosti kontaktů geologických jednotek s nízkým a vysokým radonovým rizikem, jestliže horniny s vysokým radonovým rizikem tvoří podloží málo mocných hornin s nízkým radonovým rizikem (např. žuly v podloží křídových pískovců).

Využití mapy radonového rizika

Radonové riziko z geologického podloží určuje míru pravděpodobnosti, s jakou je možno očekávat úroveň objemové aktivity radonu v určité geologické jednotce. Protože hlavním zdrojem radonu, pronikajícího do objektů, jsou horniny v podloží stavby, je možno na základě většího množství měření radonu v určitém typu horniny odhadnout přibližný rozsah hodnot objemové aktivity radonu v půdním plynu. Vyšší kategorie radonového rizika z podloží v určité geologické jednotce proto určuje i vyšší pravděpodobnost výskytu hodnot radonu nad 200 Bq . m^-3 v existujících objektech (ekvivalentní objemová aktivita radonu). Zároveň indikuje i míru pozornosti, jakou je nutno věnovat opatřením proti pronikání radonu z podloží u nově stavěných objektů. Tento odhad se však týká standardních geologických podmínek, tzn. že měřená plocha reprezentuje horninový typ v homogenním vývoji, bez příměsí ostatních hornin, relativně celistvou, bez významného ovlivnění tektonickými poruchami, drcením vlivem tlaku při vzniku horniny apod. Proto jsou lokality určené pro sestavování map radonového rizika vybírány podle těchto podmínek. Běžná měření radonu na stavebních plochách pak doplňují statistický soubor o plochy, v nichž jsou měření vybírána podle požadavků stavebníků a reprezentují náhodný výběr měření objemové aktivity radonu v určitém horninovém typu. Údaje o měření objemové aktivity radonu v horninových typech a převažující kategorii radonového rizika jsou prezentovány v tab. 2.

Tab. 2 - Převažující kategorie radonového rizika v hlavních horninových typech na území České republiky

Horninový typ	Průměr Rn ( kBq . m-3)	Převažující kategorie radonového rizika
		nízké	střední	vysoké
silurské sedimenty	91.9
durbachity a syenity	77,6
granodiority	50,7
granity	41,3
permské sedimenty	32,8
pararuly	30,8
ortoruly	30,3
proterozoické metasedimenty	27,1
karbonské sedimenty	26,1
aluvium	26,1
neogenní sedimenty	23,7
devonské sedimenty	23,7
říční terasy	20,4
paleogenní sedimenty	18,5
ordovické sedimenty	18,3
křídové sedimenty	17,5

Z uvedené tabulky je patrné, že mezi horniny s nejvyššími hodnotami objemové aktivity patří horniny magmatické (durbachity a syenity, granity a granodiority). Ty se vyskytují na poměrně rozsáhlém území Českého masivu, zatímco silurské sedimenty, které mají rovněž vysoké hodnoty objemové aktivity radonu, zaujímají podstatně omezenější výchozové partie a nepředstavují proto z plošného hlediska tak významné riziko. Silurské sedimenty (černé břidlice) obvykle obsahují podíl organické hmoty, na kterou se váže uran a z něj vzniká radon. Silurské černé břidlice však mají malý plošný rozsah a nepředstavují proto až na lokální případy významné riziko. Permské sedimenty mají obvykle střední hodnoty objemové aktivity radonu, protože koncentrace uranu je v nich mírně zvýšena přítomností jílovité komponenty, ve které jsou vázány slídy. Území přeměněných hornin (pararuly a ortoruly krystalinika) zaujímá podstatnou část Českého masivu a setkáváme se v nich obvykle se střední kategorií radonového rizika. Pro mladší sedimenty, jako jsou např. křídové pískovce nebo paleogenní a neogenní písky, pískovce a jílovce, jsou typické nižší hodnoty objemové aktivity. Říční terasy jsou většinou velmi nehomogenní, obsahují jak velmi dobře propustné štěrkovité a písčité vložky, tak i silně nepropustné jílovité polohy, a proto kategorie radonového rizika v tomto typu sedimentů závisí na lokálních geologických podmínkách.

Dalším jevem, který může ovlivnit kategorii radonového rizika, je tektonické porušení hornin. Přítomnost zlomů a drcených poruchových zón v hornině se projevuje zvýšením hodnot objemové aktivity radonu, protože tektonicky oslabené zóny jsou obvykle rozpukanější a propustnější pro migrování radonu. Zvýšení hodnot radonu se může projevit i na kontaktech hornin s výrazně rozdílnou propustností zvětralinového pláště. Vyšší radonové riziko je obvyklé i v sedimentárních horninách (např. křídových pískovcích) v případech, kdy v jejich podloží vystupují horniny s vyššími hodnotami radonu (žuly). Při stanovování kategorie radonového rizika je proto vhodné využít všech dostupných geologických podkladů, protože zvýšení hodnot objemové aktivity radonu vlivem tektoniky nebo kontaktu hornin se může projevit i v malém měřítku plochy velikosti stavebního pozemku.

Převažující kategorie radonového rizika pochopitelně neznamená, že se v určitém typu hornin při měření radonu na stavebním pozemku setkáme pouze s jedinou kategorií radonového rizika. Obvyklým jevem je, že přibližně 20 až 30 % měření objemové aktivity radonu v daném horninovém typu spadá do jiné kategorie radonového rizika, což je dáno lokálními geologickými podmínkami měřených ploch.

Je tedy zřejmé, že určení kategorie radonového rizika na jednotlivém stavebním pozemku není možno provádět odečtením z mapy jakéhokoliv měřítka, ale pouze měřením radonu v podloží na konkrétním místě tak, aby byly zohledněny lokální, mnohdy velmi proměnlivé geologické podmínky.

I vysoké radonové riziko v geologickém podloží však neznamená, že v objektu na něm situovaném změříme vysoké hodnoty radonu. Velmi záleží na stavebně-technickém stavu objektu. Výsledky dlouhodobých měření radonu v objektech na podloží s vysokým rizikem ukazují, že radon nejsnáze proniká do objektů typu rodinného domku, postaveného před r. 1960, s izolacemi základové desky ve špatném technickém stavu a nepodsklepeného. Naopak ve vícepodlažních objektech mladší stavby v dobrém technickém stavu se setkáváme s nižšími hodnotami radonu, i když je objekt situován na podloží s vysokým radonovým rizikem. Z toho je zřejmé, že technický stav objektu, zejména jeho izolace od podloží, může výrazně ovlivnit výslednou hodnotu radonu v objektu.

Radonové riziko z geologického podloží určuje míru pravděpodobnosti, s jakou je možno očekávat úroveň objemové aktivity radonu v určité geologické jednotce. Protože hlavním zdrojem radonu pronikajícího do objektů jsou horniny v podloží objektu, je možno na základě většího množství měření radonu v určitém typu horniny odhadnout přibližný rozsah hodnot objemové aktivity radonu v půdním plynu. Vyšší kategorie radonového rizika z podloží v určité geologické jednotce proto určuje i vyšší pravděpodobnost výskytu hodnot radonu nad 200 Bq . m^-3 v existujících objektech (ekvivalentní objemová aktivita radonu). Zároveň indikuje i míru pozornosti, jakou je nutno věnovat opatřením proti pronikání radonu z podloží u nově stavěných objektů.

Přírodní radionuklidy

Většina prvků v přírodě má stabilní jádra, která se dále nepřeměňují na další prvky. Kromě toho existuje skupina prvků, jejichž jádra jsou nestabilní a jejich rozpadem vznikají nové prvky. Tento proces se nazývá radioaktivní přeměna a probíhá u prvků, které se nazývají přírodní radionuklidy.

Jedním z přírodních radionuklidů, který se běžně vyskytuje ve všech horninách, je uran ²³⁸U. Radioaktivní přeměnou se z něho stává radium ²²⁶Ra a z něj radon ²²²Rn. Přeměna mezi jednotlivými členy rozpadové řady probíhá různou rychlostí. Tuto rychlost charakterizuje poločas rozpadu, který se velmi liší u jednotlivých členů rozpadové řady. Např. uran ²³⁸U má poločas rozpadu 4,47 miliardy let, radium ²²⁶Ra má poločas rozpadu 1602 let a radon ²²²Rn pouze 3,8 dne. Z radonu potom vznikají tzv. dceřiné produkty, což jsou izotopy polonia a vizmutu. Ty jsou na rozdíl od plynného radonu kovové povahy, vážou se na částice aerosolu a s nimi vnikají do plic, kde přispívají k vnitřnímu ozáření organismu. Z toho je patrné, že radon, který vzniká v přírodě radioaktivní přeměnou z uranu, se v přírodních podmínkách neustále vytváří a uran je z hlediska délky lidského života v podstatě stabilním zdrojem radonu. Přírodní radionuklidy, zejména radon, přispívají k ozáření lidského organismu přibližně 55 %.

Koncentrace uranu v jednotlivých typech hornin se velmi liší. Obecně lze říci, že v usazených, sedimentárních horninách se setkáváme s nižšími koncentracemi uranu než v horninách přeměněných, metamorfovaných tlakem a teplotou během dlouhé geologické historie jejich vzniku. Nejvyšší koncentrace uranu jsou obvyklé ve vyvřelých, magmatických horninách, jako jsou např. žuly, protože primárně již v době svého vzniku byly obohaceny uranem. Sedimentární horniny, které vznikají usazením starších metamorfovaných a magmatických hornin, jsou však tvořeny minerály z těchto hornin pocházejícími, a proto nelze vyloučit, že při jejich vzniku došlo k lokálnímu nahromadění minerálů s vyšším obsahem uranu. S tím souvisejí také hodnoty objemové aktivity radonu v těchto typech hornin.

Geologické podloží České republiky je z více než dvou třetin tvořeno metamorfovanými a magmatickými horninami. Z toho vyplývá, že radonu pocházejícímu z geologického podloží a odtud pronikajícímu do objektů je nutno věnovat zvýšenou pozornost.

Zdroje radonu v objektech

Radon může pronikat do objektů jednak z hornin a zemin, které vycházejí na povrch v jejich základech, jednak z pitné vody, dodávané do objektů, a ze stavebních materiálů, jejichž základem jsou obvykle přírodní materiály.

Stavební materiály jsou však v současnosti sledovány z hlediska radioaktivity, případy jejich použití z minulosti jsou známy, a proto je pravděpodobnost přítomnosti radonu z nich podstatně menší než z geologického podloží. Rovněž zdroje pitné vody jsou v současnosti sledovány z hlediska koncentrace radonu, a proto je malá pravděpodobnost, že by radon unikající z vody dodávané do objektů mohl výraznějším způsobem ovlivnit objemovou aktivitu radonu v objektu. Hlavním zdrojem radonu tedy zůstává geologické podloží.

Uvolňování radonu z geologického podloží

Uran je přítomen v horninách v samostatných uranových minerálech nebo v tzv. horninotvorných minerálech, které běžně tvoří základní hmotu hornin a zemin (např. slídy v žulách). Záleží na tom, jak jsou zrna minerálů v hornině uspořádána. Čím je hornina jemnozrnnější, tím vzrůstá celkový povrch zrn, z něhož může být radon přeměnou z uranu uvolňován do mezivrstevních prostor a mikrotrhlin v hornině. Odtud radon postupuje do rozvětralých partií horniny směrem k povrchu do svrchních půdních horizontů. Tento proces migrace radonu je závislý na propustnosti půd a zemin a na tlakových a teplotních gradientech v půdě. Pokud je půda dobře propustná (např. štěrkovitá nebo písčitá), migraci radonu nejsou kladeny překážky a může snadno pronikat k povrchu a odtud do objektů. Pokud je půda hlinitá až jílovitá, radon je zadržován v blízkosti svého vzniku v hlubších horizontech půdy. Půdní profil obvykle není homogenní a sestává z více vrstev s rozdílnou propustností. Pokud je svrchní partie půdy nepropustná a hlubší horizonty jsou propustnější, radon se může pod ní hromadit a migrovat nikoliv směrem k povrchu, ale do stran a uvolňuje se teprve v místech s nižší propustností svrchního horizontu. Když základy budovaného objektu proniknou svrchní nepropustnou vrstvou a základová deska je založena v dobře propustných horninách, může celý objekt působit jako ventil, kterým uniká radon z hlubšího podloží.

Měření radonu

Vzorek půdního plynu je z půdy odebírán z hloubky 80 cm pod povrchem nasátím dutou tyčí do scintilační komory. Komora má stěny potaženy speciální látkou, která při dopadu částic alfa, provázejících přeměnu uranu na radium a na radon, vydává světelné záblesky. Ty jsou registrovány citlivými fotonásobiči a kalibračními rovnicemi je pak množství záblesků přepočteno na objemovou aktivitu radonu v půdním plynu. Tato veličina se udává v kBq . m-3. Hodnota např. 20 kBq . m^-3 znamená, že během jedné sekundy dojde v krychlovém metru půdního plynu k 20 000 radioaktivním přeměnám.

Na každé měřené ploše je odebráno 15 vzorků půdního plynu, aby se podařilo snížit vliv nehomogenity a rozdílné lokální propustnosti půdy. Hloubka je volena tak, aby se přiblížila základům objektu a aby byl odstraněn vliv klimatických jevů při povrchu půdy (teplotní změny, vlhkost, vítr apod.). Objemová aktivita radonu a propustnost jsou řídícími veličinami pro stanovení kategorie radonového rizika na stavebním pozemku. V České republice je používána standardní jednotná metodika a radonové riziko je klasifikováno podle tab. 1.

Tab. 1 - Klasifikace základových půd z hlediska radonového rizika.

Kategorie	Objemová aktivita radonu ( kBq . m-3 )
radonového	při propustnosti podloží
rizika	nízké	střední	vysoké
1. nízké	<30	<20	<10
2. střední	30-100	20-70	10-30
3. vysoké	>100	>70	>30