Resumen de Variabilidad de la concentración de radón-222 como gas trazador de procesos geodinámicos en ambientes subterráneos
- español
En la presente Tesis Doctoral se ha realizado un estudio centrado en el radón (222Rn) como gas trazador de diferentes procesos geodinámicos en ambientes subterráneos. Se han muestreado y analizado 8 cavidades subterráneas diferentes (Castañar de Ibor, Altamira, El Sidrón, El Pindal, Rull, Ardales, Ojo Guareña y la cueva Pintada de Gáldar) aunque son mayoría los resultados obtenidos en los estudios realizados en la cueva de Castañar de Ibor (Cáceres). Este enclave subterráneo es idóneo para el seguimiento del gas radón ya que presenta las mayores concentraciones de radón descritas hasta la fecha en España (> 30 kBq/m3), así como una marcada estacionalidad. El periodo de estudio se ha centrado entre los años 2011 a 2013, aunque se incluyen series de datos obtenidos hasta 2015.
El radón se caracteriza por ser un isótopo radiactivo perteneciente a los gases nobles con reactividad nula. Tales características intrínsecas le otorgan el potencial de gas trazador al no verse influenciado por acciones de naturaleza biológica, siendo de gran utilidad en el análisis de los flujos de intercambio de gases entre los 3 subsistemas (atmósfera exterior-suelo-cavidad subterránea) que constituyen el soporte de los ecosistemas kársticos. A lo largo de la Tesis se han analizado en detalle los factores que favorecen la acumulación de radón en el suelo y en las cavidades, entre los que destacan: 1) la lixiviación de elementos radiactivos desde la roca encajante al interior de la cavidad por acción de las aguas meteóricas, 2) la relación de densidades del aire de la atmósfera subterránea y la externa, y 3) las variaciones de humedad y fenómenos de condensación que experimentan el suelo externo y el sistema poroso de la superficie de las rocas del interior de la cueva que provocan el aislamiento de las cavidad subterráneas.
Además, se han analizado los procesos asociados a la desgasificación (difusión versus advección) mediante el uso de series temporales y mapas espacio-temporales analizando variables termohigrométricas y concentraciones de CO2 en los 3 subsistemas (atmósfera exterior-suelo-cavidad). Asimismo, se incluye un estudio acerca del comportamiento de las cavidades subterráneas como sumideros de metano (CH4) asociado a un alto grado de ionización del aire subterráneo en todas las cavidades muestreadas y su posible relación con la acumulación de gas radón en dichos ambientes subterráneos. Finalmente, en la cueva de Castañar de Ibor, se ha llevado un exhaustivo control y seguimiento de la concentración de radón y su evolución espacial y temporal con el fin de determinar las dosis totales efectivas que están recibiendo los trabajadores (guías e investigadores) y visitantes ocasionales (turistas), detectando así posibles desviaciones de los valores de referencia que no se ajusten a las recomendaciones y legislación en la materia. Como resultado se han determinado los tiempos máximos, dosis efectivas recibidas y recorridos óptimos en la cueva en cada momento del año
- English
This Doctoral Thesis has focused on the study of radon (222Rn) as a trace gas for diverse geodynamic processes in subterranean environments. An extensive sampling of 8 different caves have been carried out (Castañar de Ibor, Altamira, El Sidrón, El Pindal, Rull, Ardales, Ojo Guareña y la cueva Pintada de Gáldar) although the main results come from Castañar Cave as it is considered to be the Spanish cave with the highest radon concentration (> 30 kBq/m3). The study period is from 2011 to 2013, although it includes temporal series up to 2015.
Radon is a radioactive noble gas chemically inert and essentially non-reactive. These characteristics allows him to be a potential trace gas as it is not influenced by any biological processes being, therefore, very useful to determine the gas exchange fluxes between (exterior atmosphere, soil and underground atmosphere in the karstic ecosystems. In this research it has been analyzed in detail the factors that favors radon gas accumulation in soils and caves, including: 1) lixiviation and deposition mechanisms of radioactive elements from the host rock to the karstic system due to water-rock interaction processes, 2) the air density ratio between the underground and external atmospheres and 3) the moisture variations in the external soil and condensation processes on the porous system of the rock surfaces inside cave, which favor the caves isolation.
Moreover, the processes involved on the degasification of the underground air have been analyzed (diffusion versus advection) using temporal series and spatiotemporal maps of the thermo-hygrometric conditions and CO2 concentrations from the three subsystems (exterior atmosphere-soil-underground environment). In addition, it is included a comprehensive study relating the role of caves as active methane (CH4) sinks with the high air ionization degree of underground air, which is possibly, derived from the high radon content of subterranean atmospheres. Finally, an exhaustive spatiotemporal monitoring of radon activity in Castañar cave was conducted aiming to assess the effective dose of radiation that workers (guides and researchers) and tourists would have received. This study has resulted in setting the maximum number of hours that visitors and workers could be spend inside the cave, the effective doses received and optimal paths recommended
