Комплексне використання родовищ, видобутої мінеральної сировини і відходів гірничого виробництва сприятиме не лише підвищенню його ефективності, а й стане важливим фактором охорони навколишнього природного середовища.
2.6 Радіаційний вплив гірських порід на природне навколишнє середовище
2.6.1 Загальні відомості по радіоактивності будівельних гірських і вміщуючих порід
Враховуючи широке застосування будівельних гірських порід в цивільному, промисловому і житловому будівництві, постає необхідність в оцінці мінеральної сировини з позицій довговічності, естетики і впливу каменя на людину і навколишній світ, так як всі гірські породи є радіоактивними.
Слід зазначити, що добування, обробка і використання в будівництві каменя високої міцності (граніти, лабрадорит, діорити, монцоніти і багато інших) є найбільш дорогими і трудомісткими, а гірські породи даної категорії характеризуються підвищеним вмістом радіонуклідів, тому області їх використання повинні бути строго регламентовані.
Сучасний науково-технічний прогрес в геології і гірській справі нерозривно пов'язаний з розвитком фізики атомного ядра, яке відбувалося і відбувається нечувано швидко. Не пройшло ще і сторіччя з моменту введення в науку уявлення про атомне ядро (Резерфорд-Бор 1911-1912), за цей період атомні ядра і процеси, що протікають в них, придбали величезну і в той же час несподівану значущість для розвитку науково-технічного прогресу, зокрема геології і гірської справи. Атомні ядра виявилися своєрідними і складними системами, в яких відбуваються процеси, що не мають аналогу в інших областях фізичних явищ, а могутні поля, що проявляються, мають істотну відмінність від полів електромагнітних, гравітаційних і інших. Ядерна фізика все ширше і ширше використовується в геології і гірській справі. Значна частина геофізичних методів вивчення гірських порід геологічних структур, тектоніки масивів і інших об'єктів гірничо-геологічного дослідження базується на положеннях ядерної фізики
В процесі видобутку корисних копалин, їх переробки і збагачення, використання людині доводиться постійно прямо або побічно знаходитися у контакті з ними, тому, враховуючи радіоактивні властивості гірських порід і вплив радіонуклідів на людину і навколишній нас світ при все зростаючих об'ємах видобутку корисних копалин, одним з актуальних завдань гірської науки і практики є широкомасштабна, проста і доступна, але в той же час точна і ефективна оцінка радіоактивності гірських порід. Першочергово цього потребують підприємства добувної і переробної промисловості будівельних матеріалів, які мають вельми широке використання.[13]
Слід зазначити також, що в процесі добування і переробки корисних копалини відбувається інтенсивне розсіювання радіонуклідів в навколишньому нас середовищі, засмічення ними атмосфери, гідросфери, проявляється згубна дія радіонуклідів на людину, тваринний і рослинний світ. Для виробництва будівельних матеріалів і виробів використовуються гірські породи всіх трьох генетичних типів: вивержені, осадкові і метаморфічні. Що вміщають, вскришні породи, що попутно здобуваються, також представлені всіма генетичними різновидами. Всі ці породи, незалежно від генетичного походження, містять природні радіоактивні елементи, так звані радіонукліди і характеризуються радіоактивністю, тобто мимовільним розпадом (перетворенням) атомних ядер, що приводить до змін їх атомних номерів. Активність радіонуклідів в джерелі (зразку породи) різна. Вона характеризується числом розпадів даного нукліда в одиницях часу і вимірюється беккерелями (Бк) в системі СІ (1Бк = розп/сек) або кюрі (Кі) в одиницях вимірювання, що раніше застосовувалися (1Кі = 3.7*1010 розп/сек, 1Кі| = 1012 піко – кюрі). При цьому співвідношення розглянутих одиниць характеризуються наступними числовими значеннями: 1Кі = 3,7*1010 Бк; 1 Бк = 2,7*10-11 Ки; 1 пКі= 3.7*10-2Бк. Оскільки радіонукліди в породі розсіяні і в кожному певному її об'ємі число розпадів нуклідів різне, породу оцінюють по питомій активності радіонукліда, яка представляє відношення активності радіонукліда в зразку породи до маси зразка. Питома активність радіонуклідів вимірюється в системі СІ в беккерелях на грам (Бк/г), а в системах, що раніше застосовувалися, - кюрі на грам (Кі/г), а в перекладі на пікокюрі 1 Кі/г = 1012 пКі/г. Співвідношення питомої активності радіонукліда в різних одиницях наступне: 1Кі/г - 3,7*1010Бк/г; 1Бк/г = 2,7*10-11 Кі/г; 1 пКі/г = 3,7-10-2 Бк/г.
Радіоактивні елементи є джерелом іонізуючого випромінювання, що негативно діє на людей і характеризується експозиційною дозою рентгенівського або гамма-випромінювання. Ця доза представляє сумарний електричний заряд іонів одного знаку, що створюється випромінюванням, поглиненим в одиниці маси сухого атмосферного повітря і що характеризується наступними одиницями вимірювання: у системі СІ - кулон на кілограм (Кл/кг): у системах, що раніше застосовувалися, - рентген (Р) і мікро рентген (мкР). 1 рентген = 10 мікро рентген.
Між розглянутими одиницями вимірювання експозиційної дози існує наступне співвідношення: 1 Кл/кг = 3,88*103 Р; 1Р = 2,58*10-4 Кл/кг. Оскільки випромінювання не є разовим, а існує в часі, то гірську породу характеризують потужністю експозиційної дози рентгенівського або гамма-випромінювання, яка є експозиційною дозою випромінювання, віднесеною до одиниці часу. Потужність експозиційної дози рентгенівського або гамма-випромінювання вимірюється в системі СІ амперами на кілограм (А/кг), а в одиницях вимірювання, що раніше застосовувалися - в рентгенах на секунду (Р/с) або в мікро рентгенах в годину (1 Рс = 3,6*109 мкР/ч. Між охарактеризованими одиницями вимірювання існує співвідношення: 1 А/кг = 3,88*103 Р/с; 1 Р/с = 2,58*10-4 А/кг; 1 мкР/ч = 0,0717 пА/кг (пікоампер на кг).[13]
Так як гірські породи містять, як правило, декілька радіонуклідів, з яких найчастіше зустрічаються радій (226Rа), торій (232Th) калій (40К), їх радіоактивність оцінюється по питомій активності природних радіонуклідів. Окремі фахівці питому активність радіонуклідів називають еквівалентною активністю радіонуклідів, а їх питомий вміст в породі - еквівалентним вмістом. Ряд будівельних гірських порід містять значну кількість радіонуклідів, що обмежує область їх застосування в будівництві і народному господарстві і вимагає постійної необхідності радіаційно-гігієнічної оцінки корисних копалини як на стадії їх розвідки, так і на стадіях їх добування і переробки.
2.6.2 Акцесорні мінерали і їх вплив на радіоактивність порід
Всі гірські породи, і особливо глибинні, містять до 1 % акцесорних, тобто додаткових мінералів. Акцесорні мінерали вивержених порід представлені мінералами як раньо- і пізньомагматичного, так і автометасоматичного (пневматоліто - гідротермального) генезису. У осадових породах вони, в переважній більшості, представлені уламковими. Типовими для порід групи гранітів є акцесорні мінерали - апатит, циркон, турмалін, гранат, ортит, титаніт, флюорит, топаз, рудні (ільменіт, пірит, магнетит), монцоніт, анатаз, рутил, ксеноліт, каситерит, торує, танталоніобати (фергусоніт, самарскіт, пірохлормікроліт, евксеніт) та інші. Більшість з акцесорів концентруються у важкій фракції з щільністю понад 2900 кг/м3 і характеризуються високою радіоактивністю. У зв'язку з цим фахівцям з добування будівельних гірських порід необхідні певні знання і навики по розпізнаванню в породі акцесорних мінералів, оскільки на практиці їм часто доводиться з ними зустрічатися в різних скупченнях, жилах, нальотах тріщин і інших геологічних структурах. Подібні пізнання сприятимуть, і допомагатимуть цим фахівцям у візуальному виявленні зон і ділянок, що характеризуються підвищеною радіоактивністю порід.
Апатит - типовий поширений акцесорний мінерал магматичних порід. Він зустрічається в лужних, кислих і основних пегматитах, а також в деяких високотемпературних залізорудних родовищах, у високотемпературних гідротермальних жилах, в контактовометаморфізованих породах. Найбільше апатиту міститься в нефілінових сієнітах. Кристали апатиту подовжено-призматичні до голкових. Колір апатиту обумовлений наявністю домішок або дефектами структури: блакитний, синьо-зелений, жовто-зелений, рожевий, синій, сірий, темно-червоний і чорний. Блиск апатиту скляний, жирний. Він має щільність від 2900 до 3800 кг/м3. Кристали - призматичні шестикутники. Поширені зернисті, дрібнокристалічні цукроподібні маси. Гранат- один з найбільш поширених в породах акцесорних мінералів. Залежно від складу колір граната змінюється: безбарвний, трав'яно-зелений, смарагдово-зелений, синьо-зелений, коричневий, чорний, жовтий, рожевий, буро-червоний, оранжево-червоний, темно-червоний, ліловий. Блиск граната скляний, посилюється до діамантового. Спайність в гранаті практично відсутня, відмічається окремість, щільність 3570-4300 кг/м3. До гранату відносять цілу групу мінералів, з яких найбільш поширеними є піроп, альмандин, спессартин і гроссуляр. Твердість граната висока і змінюється від 6,5 до 7,5 за шкалою Фрідріха Мооса. Спайність граната недосконала або вона зовсім відсутня, злам нерівний. Найбільш поширеною формою кристалів граната є легко помітний ромбічний додекаедр, хоча зустрічаються і суцільні маси. Найчастіше гранати поширені в зоні контакту магматичних і осадових карбонатних порід, в пегматитах, кристалічних сланцях і в кислих магматичних породах.[13]
Одним з акцесорних мінералів з сильно вираженою радіоактивністю є анатаз, що представляє одну з трьох природних поліморфних модифікацій рутилу. Кристали анатазу призматичні, стовпчасті до голкових. Іноді анатаз представляє голкові і волосяні вростки в кварц і гранат, а також зрощення з магнетитом, ільменітом і гематитом. Вростки анатазу в піропний гранат, рубін і інші мінерали обумовлюють астеризм (ефект мерехтливої зірки) у цих мінералів. Іноді анатаз, як і інші модифікації рутилу, зустрічаються у вигляді дрібно - і грубозернистих суцільних мас. Забарвлення червоно-буре, темно-буре, жовтувате, синювате, чорне, рідше зелена. Твердість анатазу 6,5, щільність 4200 кг/м3. Найчастіше зустрічається в кварцитах, гнейсах, метаморфічних сланцях.