En post anteriores  [1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 y 8] hemos abordado distintos aspectos de la contaminación radiactiva, desde diversos puntos de vista (ambiental, salud pública, impacto en el medio edáfico, etc.). En este post abordaremos como tal proceso afecta dramáticamente a los organismos del suelo, es decir a su biología. Como veremos tal contaminación es devastadora, imposible de eliminar en el medio edáfico si se expande en grandes extensiones y contamina toda la cadena alimentaria, incluyendo el agua.

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EFECTO DE LOS RADIOISOTOPOS SOBRE LA MICROFLORA EDÁFICA

Aunque los radionúclidos presentes en el suelo resultan ser fuertes agentes mutagénicos de los microorganismos, se han encontrado poblaciones viables y metabólicamente activas en depósitos de residuos transuránicos de bajo nivel del LANL (Los Alamos National Laboratory). Estos autores han realizado recuentos de hasta 1.5 x 10⁶ bacterias aerobias y de 3.3 x 10³ hongos por gramo de suelo seco. No obstante, experimentos llevados a cabo por otros autores con poblaciones aisladas en los depósitos de Maxey Flats, indican que el crecimiento bacteriano es inhibido completamente a una dosis de 2.7 x 10⁵ pCi.ml^-1 de radioactividad, procedente de una solución con ⁶⁰Co, ⁸⁵Sr y ^{134, 137}Cs.

Vandecasteele y col. (1980), en un estudio con organismos procariotas fijadores de N₂ atmosférico (Anabaena, Azotobacter y Rhizobium), observan que el ⁹⁹Tc puede ser metabolizado y acumulado en cantidades variables, dependiendo del tipo de organismo. En este punto llegamos a una cuestión que no debe soslayarse, como es la absorción de radioisótopos por microorganismos del suelo y raíces de plantas (y mediante esta última, toda la cadena trófica).

Los términos "absorción microbiana", "bioabsorción" o "bioconcentración", han sido utilizados para referirse a los procesos de bioacumulación. Existe un buen número de referencias en las que se pone de manifiesto la asimilación de diferentes isótopos radioactivos por microorganismos del suelo y especies vegetales (Francis, 1985). La acumulación constituye un fenómeno de cierta importancia, aunque no muy bien conocido todavía, ya que puede constituir un mecanismo de transporte de radionúclidos, que vuelven a quedar libres en el medio en el momento de producirse la lisis celular.

EFECTOS DE LA RADIOACTIVIDAD EN LOS ORGANISMOS DEL SUELO

Los microorganismos, en general, tienen alguna tolerancia o resistencia a las radiaciones ionizantes. Este tipo de radiaciones han sido ensayadas como método de esterilización de alimentos, agua y suelos, por lo que se dispone de una amplia información sobre sus efectos.

En el suelo han sido aisladas bacterias radiorresistentes, como Arthrobacter radiotolerans, y en ocasiones han sido necesarias dosis mayores de 2 x 10⁶ rad de radiación gamma para eliminar la población bacteriana). Algunos experimentos en los que se ha sometido a la microflora del suelo a diferentes dosis de radiación, durante un periodo prolongado, consiguen modificar el umbral de resistencia de algunas cepas. No obstante, los resultados deben interpretarse con ciertas reservas, ya que no pueden considerarse como una respuesta generalizada de todas las poblaciones que constituyen la microflora edáfica, sino de aquellas que son radiorresistentes.

Los efectos de la radioactividad sobre la fauna del suelo han sido revisados por Krivolutsky (1987). Este autor considera que dicha fauna constituye uno de los indicadores biológicos más apropiado para detectar niveles de contaminación radioactiva. Alteraciones en la estructura de la comunidad y modificaciones en la densidad de las poblaciones, serían los efectos más evidentes. Destaca el acusado descenso de Lumbrícidos y Miriápodos y, en general, de la diversidad de biógica. Los efectos también se hacen notar en las formas predadoras, parásitas y fitófagas. En un trabajo realizado en suelos de bosque de la Estación Experimental de Rohamsted (UK), una radiación de 0.001-0.05 Mrad eliminó a la mayoría de los insectos y una dosis de 0.2 Mrad resulta letal para el conjunto de la fauna de invertebrados, transcurridos 80 días desde el momento de la exposición.

METABOLISMO EDÁFICO Y CONTAMINACIÓN POR RADIONÚCLIDOS

El conjunto  de transformaciones que tienen lugar en el suelo - que tienen que ver con la síntesis y descomposición de materiales- ha venido a denominarse metabolismo edáfico, con independencia de los organismos que las protagonizan. La presencia de radioisótopos en el medio edáfico puede modificar varios aspectos de dicho metabolismo, induciendo un reajuste que afecta el resultado de algunos procesos concretos.

Ciertos trabajos ponen de manifiesto que los suelos radiados pueden ser metabólicamente activos debido a la resistencia a la radioactividad de los sistemas exoenzimáticos. No obstante, entre los efectos observados que suponen una alteración de los procesos que tienen lugar en el suelo, puede citarse la producción de compuestos gaseosos radioactivos que se liberan a la atmósfera y pueden ser transportados a mucha distancia de donde han sido producidos. En efecto, compuestos gaseosos tritiados o carbonados han sido identificados en zonas de enterramiento de residuos radioactivos, además de gases como el ⁸⁵Kr o el ²²²Rn. En la producción y liberación de estos derivados gaseosos participan activamente los microorganismos del suelo. Así, las bacterias productoras de metano pueden utilizar ¹⁴C ó ³H para formar los compuestos ¹⁴CH₄, CH₃-³H y ¹⁴CH₃-³H. Matuszek (1980) ha estimado entre 200 y 6000 mCi/año, la producción de CH₃-³H en zonas de enterramiento de vertidos radioactivos.

Otro aspecto que merece mencionarse es la producción microbiana de compuestos quelantes, como ácidos orgánicos o hidroxamatos, capaces de "secuestrar" radioisótopos. De esta manera se incrementa su movilización y biodisponibilidad, ya que de otra forma permanecerían adsorbidos a la fase sólida del suelo (ya sea en su fracción mineral y/o en la orgánica).

RECUPERACION DE SUELOS CONTAMINADOS

Hasta el presente no se conocen muchas soluciones para la recuperación de suelos, que no sean la de trasladar espacialmente el problema. En efecto, en los casos en que se ha tratado de eliminar la contaminación de radionúclidos, debido a su gravedad se ha exhumado el terreno contaminado y transportado a una localización más segura. Un procedimiento, por otro lado, demasiado costoso y prácticamente inviable si han sido afectadas zonas geográficas extensas. Un método propuesto tras el accidente de Chernóbil es el de extraer los radionúclidos con especies vegetales de crecimiento rápido capaces de absorberlos (fitorremediación) y enterrar posteriormente la biomasa contaminada. En algunos casos se ha utilizado el tetrafenilborato de sodio para precipitar radiocesio, que también acaba finalmente siendo enterrado. El uso de compuestos quelantes (EDTA, entre otros), también ha sido ensayado en la descontaminación. En cualquier caso, debe recordarse que el enterramiento puede palier pero no eliminar el problema generado por este tipo de contaminación.

Pero en general todos los procedimientos ensayados hasta la fecha han resultado ser excesivamente costosos y no han resultado eficaces para la descontaminación y recuperación del suelo. El caso de Chernóbil muchos años después es un ejemplo palmario, como ya nos comentó Rocío Millán que estuvo allí no hace mucho tiempo (ver este post)

Como ya hemos reiterado en numerosas ocasiones en esta bitácora, las biocenosis edáficas son esenciales para mantener la estabilidad y fomentar la resiliencia de los ecosistemas terrestres. Probablemente algunas especies clave de estos últimos se encuentren en el medio edáfico. Hasta la fecha no se conoce remedio alguno con vistas a descontaminar suelos afectados por la contaminación radioactiva, con la salvedad de la descontaminación “ex situ”, Solo apta para pequeñas extensiones. Del mismo modo la radioactividad no retenida pasa a contaminar las aguas corrientes y freáticas (o como hemos mentado previamente la propia atmósfera). En el primer caso la contaminación es exportada a otros ambientes, mientras que en el segundo, imposibilita el uso posterior de los acuíferos. Un análisis a cerca del efecto de la radioactividad sobre las cadenas tróficas y alimentarios fue tratado en el siguiente post.

Avelino García Álvarez (CIEMAT)

Juan José Ibáñez (CIDE-CSIC)

La explotación de centrales nucleares plantea graves problemas debido al peligro que supone la liberación al ambiente de isótopos radioactivos. Accidentes como los de Chernóbil, entre otros, sensibilizaron a la opinión pública y a los organismos oficiales implicados, obligando a replantearse el papel de las centrales nucleares en la política energética de los estados. Empero tras comenzar la actual crisis energética, se relanza el debate y una vez más nuestra memoria histórica parece derrumbarse bajo el peso de la publicidad, presiones de lobbies y temores frente a los retos de una economía insustentable. El suelo es uno de los receptores terminales de la contaminación por radionúclidos y, sin embargo, son escasos los trabajos sobre este tema. No obstante, en la revisión que abordaremos en este y el siguiente post, se pone de manifiesto la profunda alteración de los componentes del suelo -fundamentalmente su biocenosis- que modifican la estructura ecológica y, en consecuencia, el funcionamiento global del sistema edáfico. Su descontaminación aún se enfrenta a retos no solventados, en el caso de que pudieran serlo.

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Hace ya más de una década, Avelino García Álvarez y un servidor escribimos un artículo sobre la contaminación de los suelos por radioisótopos. Lamentablemente el Alzheimer gasta malas pasadas, y tal documento quedo enterrado en el baúl de los recuerdos subconscientes. Hace unos días, me acordé de el y Avelino lo rescató. Os lo fraccionamos aquí en dos partes, ya que consideramos que gran parte de lo allí narrado sigue siendo vigente.

Es cierto que la energía nuclear natural es el motor que ha dado la vida a este planeta y a su biosfera. Ahora bien una cuestión es entender la energía nuclear y otra bien distinta los riesgos que acarrea su manipulación por las “manazas” del hombre, y lo que es peor, por las perversas mentes de algunos descontrolados. Se trata de un tema del que ya habláramos muy pronto, con vistas a intentar que el ciudadano entiendan que los mensajes subliminales que recibimos cada día sobre la “bondad” de le energía nuclear no son más que propaganda de los lobbies nucleares. Aprovechando la actual crisis energética, vuelven a intentar convencer al ciudadano de la conveniencia de la instalación de nuevas centrales nucleares. Empero lo más sarcástico de todo este resurgimiento de la verborrea nuclear, es que pretenden convencernos apelando al problema del cambio climático inducido antropogénicamente. La cuestión, ni mucho menos, deriva del calentamiento climático, sino de la crisis energética. Apelar al susodicho problema resulta ser una estrategia pedestre, falaz y nauseabunda con vistas a convencernos a todos acerca de la necesidad de retornar a tal fuente de energía. Y por lo que leo, escucho y veo, muchos lamentablemente están picando el anzuelo, incluso algunos ecologistas. Pero paso a paso.

Revisemos primero como afecta la contaminación radioactiva a los suelos, entendidos como estructuras abióticas y soporte de la vida. Seguidamente, en otro post explicaremos algunos efectos sobre el componente biótico de los suelos, así como a su biota y la vegetación que crece sobre y gracias a ellos. Finalizaremos en otros post, intentando “agarrar el toro por los cuernos”: las razones económicas subyacentes y los problemas no solo ambientales, sino también geopolíticos que pueden acarrear si triunfan las tesis de los defensores de las nucleares. Recordemos que sobre este tema ya hemos escrito siete post que pueden encontrarse en los siguientes enlaces: [1, 2, 3, 4, 5, 6 y 7]

INTRODUCCIÓN

Los accidentes ocurridos en tras la construcción de las centrales nucleares en diversas instalaciones, de los cuales el de Chernóbil ha sido uno de los más graves (pero no el único) y con una incidencia transnacional, ha reavivado una polémica en la que muchas veces se obvian las grandes lagunas que se tienen en el conocimiento de los isótopos radioactivos como agentes contaminantes de repercusiones más que graves. Los riesgos en caso de fugas ya son bien conocidos por su dramatismo y gravedad.

El suelo es uno de los receptores terminales de radioisótopos. Su presencia en el medio edáfico se debe a su existencia previa como componente del substrato litológico, o bien a las radiaciones cósmicas. En este caso, generalmente, tienen una distribución amplia, aunque su concentración suele ser muy baja. Sin embargo, otra fuente de radioisótopos procede de la contaminación derivada de las actividades en las que el hombre emplea la energía nuclear (defensa, centrales nucleares, medicina, investigación, etc.). En este otro caso se distribuyen en áreas más reducidas, pero en forma mucho más concentrada. Este es el riesgo inherente a la actividad de las centrales nucleares y la causa principal del impacto ambiental que producen las mismas, debido a la presencia de una cantidad inusualmente elevada de isótopos radioactivos.

Refiriéndonos a la cuestión que nos ocupa, el impacto que supone la explotación de las centrales debe incluir todas las labores que se realizan, desde la extracción minera para la obtención de combustible, hasta los residuos que genera la actividad propia de la central. En todos los casos se obtienen subproductos con una concentración más o menos elevada de radioisótopos, que potencialmente -y en muchos casos realmente- pueden tener el suelo como destino.

INCORPORACIÓN DE RADIOISOTOPOS AL MEDIO EDÁFICO

En este apartado vamos a referimos fundamentalmente a la contaminación por radionúclidos procedentes de la actividad de las centrales nucleares.

Hemos mentado con anterioridad que desde las operaciones llevadas a cabo para la extracción y enriquecimiento de uranio, hasta el almacenamiento de los residuos radioactivos, la industria nuclear genera graves riesgos de contaminación de la biosfera en general y del medio edáfico en particular.

La minería del uranio produce anualmente decenas de toneladas de residuos que contienen mayoritariamente uranio y torio y algunos otros isótopos que proceden de su desintegración. Se trata, por tanto, de radioisótopos con larga vida media y baja actividad especifica. El enorme volumen de residuos implicado ha hecho que tengan un tratamiento especial, aunque en muchas ocasiones el suelo termina cobijándolos.

La actividad específica de las centrales nucleares lleva aparejada, en ocasiones, la emisión de isótopos radioactivos como consecuencia de escapes esporádicos. Dichos escapes acaban depositándose en el suelo, debido a la concurrencia de diversos factores climáticos (lluvia, nieve, etc.). Todo ello sin tener en cuenta el riesgo de un accidente nuclear, que como en el caso de Chernóbil, por citar uno de los más recientes, ha depositado en los suelos de varios países europeos -al menos en los que se tienen referencias- cantidades significativas de radioisótopos (Pharabod, Schapira y Zerbib, 1988).

Pero una de las causas que mayor incidencia tiene en la contaminación de los suelos, es la producción de residuos derivados de la actividad de las centrales nucleares. Tan sólo en un año (1980) se han generado 100.000 m³ de vertidos radioactivos de bajo nivel en Estados Unidos (Gates, 1985). La cifra tiende a incrementarse con el paso del tiempo y mucho más si se incluyen los deshechos radioactivos de alto nivel o los transuránicos. De retornar al uso de tal energía (…)

El problema surge, sobre todo, con el almacenamiento de los residuos de bajo nivel que con harta frecuencia se realiza por enterramiento. Criterios inadecuados en la selección y caracterización de los lugares elegidos, han dado lugar a una liberación de radionúclidos, debido a una respuesta no prevista del terreno en los emplazamientos o a un comportamiento inesperado del vertido radioactivo, que pueden acabar explosionando, tal como ocurrió en Kishtim (Siberia) en 1957, dejando tras de si una secuela dramática. En tres de los lugares donde han sido almacenados residuos radioactivos de bajo nivel en EE.UU., Maxey Flats, Sheffield y West Valley (que han sido cerrados de forma permanente), las soluciones adoptadas para el almacenamiento de los deshechos resultaron ser claramente deficientes. Los lixiviados que producen contienen radionúclidos como ⁶⁰Co, ⁹⁰Sr, ^{134, 137}Cs, ²³²Th, ^{234, 235}U, y ^{238, 239}Pu, entre otros, que han terminado reteniéndose en los suelos circundantes.

La explotación de centrales nucleares, en definitiva, lleva implícito el riesgo de contaminación del medio edáfico, riesgo que en muchas ocasiones se traduce en una desafortunada realidad y concentraciones significativas de radionúclidos terminan instalándose en el suelo, de forma más o menos permanente. La magnitud de tales accidentes resulta ser confusa tanto por la desinformación de los responsables directos como de los propios gobiernos (¡que no cunda el pánico!). Chernóbil recibió una especial atención mediática en occidente, ya que se produjo en los países que conformaban la URSS. De no haber sido así (…)

 La Radioactividad Retenida en lo Suelos cerca de Chernóbil,

muchos años despues de la catástrofe sigue siendo dramátiva

(el gráfico se observa mucho mejor en la Galería de "Gráficos

del suelo)

El SUELO COMO SISTEMA

El suelo es el resultado de las complejas relaciones que se establecen entre la fracción mineral (a la que podemos denominar componente abiótico), la orgánica y las diversas poblaciones de organismos que se desarrollan en el medio edáfico (componente biótico). Como consecuencia de las innumerables interacciones, el proceso de autoorganización de los componentes del sistema edáfico culmina en un estado estacionario, con independencia de las características concretas que puedan encontrarse en cada tipo de suelo.

Cualquier elemento exógeno al medio edáfico, que tenga capacidad de incorporarse y permanecer en el mismo, puede distorsionar el funcionamiento de todo el sistema y modificarlo hasta extremos imprevisibles (Ibáñez y García Álvarez, 1989). En este sentido, la presencia de radionúclidos y la radioactividad asociada a ellos, alteran profundamente ciertas características que podían reconocerse en el suelo, antes de la incorporación de estos últimos. Como muestra, por ejemplo, la incorporación al suelo de ⁹⁰Sr, ⁹⁹Tc ó ¹³⁷Cs, análogos estructuralmente al Ca, Mn y K, respectivamente, alteran la adsorción de estos últimos cationes en la fracción mineral y su posterior absorción por los seres vivos que habitan en el medio edáfico; o el efecto de bioacumulación de radionúclidos, capaz de modificar completamente el comportamiento bioquímico y fisiológico de los organismos.

CARACTERIZACIÓN DEL IMPACTO PRODUCIDO POR LA PRESENCIA DE ISOTOPOS RADIOACTIVOS EN EL SUELO

Los estudios encaminados a una correcta valoración del impacto que supone la presencia de radioisótopos en el ecosistema y, más concretamente, en el subsistema edáfico, son escasos, puntuales y en muchas ocasiones contradictorios.

No obstante, según nuestro criterio, un procedimiento operativo para evaluar los efectos sobre el medio edáfico de la presencia de radioisótopos, es el de discriminar entre sus componentes, abiótico y biótico, para luego intentar una interpretación que incluya a todo el sistema. Para el primer componente, los efectos tienen que ver con fenómenos de adsorción-desorción y los mecanismos de movilidad y transporte de los isótopos radioactivos, todos ellos de naturaleza físico-química. En el segundo componente hay que tener en cuenta, además, del fenómeno asociado a la presencia de radionúclidos, la radioactividad, y los efectos que esta tiene en la materia viva.

RADIOISOTOPOS Y ESTRUCTURA ABIÓTICA DEL SUELO

La contaminación del medio edáfico por radioisótopos lleva aparejada drásticos cambios en el funcionamiento químico del mismo, que repercuten posteriormente en la absorción de dichos isótopos por raíces de plantas y organismos del suelo. Las propiedades físicas del suelo, especialmente su composición textural, influyen en gran medida en la retención de radionúclidos por la fracción mineral. Los suelos con textura ligera (arenosa) tienen una menor capacidad de retención que los de textura pesada (arcillosa) y, por tanto, la absorción por plantas y microorganismos será mayor en los primeros. En el caso de algunos radionúclidos como el ¹³⁷Cs, la adsorción sobre la fracción arcillosa es particularmente acusada, ya que minerales del grupo de la mica, como la illita, tienden a fijarlo (Sawhney, 1964)

La fracción orgánica del suelo es también capaz de retener radionúclidos, constituyendo complejos isótopo-resto orgánico, tal como se ha visto para el ⁹⁹Tc -en forma de pertecnato- entre otros isótopos (Gearing y col. 1975).

Además, pueden formarse quelatos, en cuyo caso tiende a incrementarse el transporte y la biodisponibilidad de los radionúclidos, que como en el caso de los actínidos suelen ser formas de escasa movilidad, cuando no están ligados.

El pH del suelo influye notablemente en la retención de radioisótopos. En los suelos con pH ácido, los hidrogeniones pueden desplazar otros cationes (incluidos los radionúclidos), aumentando la concentración de estos últimos en la solución del suelo. Por el contrario, en suelos con pH alcalino pueden formarse precipitados insolubles con aniones como el carbonato, fosfato, etc., lo que se traduce en una menor disponibilidad.

Avelino García Álvarez (CIEMAT)

Juan José Ibáñez (CIDE-CSIC)

Referencia del artículo original, aquí modificado:

García Álvarez,A., Ibáñez,J.J. y Pérez González,A. 1993. Centrales nucleares e impacto ambiental en el medio edáfico. Ecología, 7: 19-25.