GEOLOGIE AMBIENTALA

Curs 1

Introducere

Geneza Pământului:

-geneza“fierbinte”-planetele s-au format dintr-o protuberanţă solară, datorită atracţiei altei stele care a trecut prin apropierea Soarelui

-geneza“rece”-Soarele şi planetele s-au format prin procese de concentrare a materiei dintr-un nor cosmic

Forma Pământului:

-circumferinţa ecuatorială: 40.075 km

-semiaxa mare: 6378 km

-semiaxa mică: 6356 km

Forma caracteristică Pământului a fost denumită geoid.

Forma geometrică cea mai apropiată de geoid este elipsoidul de rotaţie

Structura internă a Pământului:

1.Observaţiile geologice pe teren, în lucrări miniere sau foraje. Privesc doar pătura superficială, până la adâncimi de 10-15 km

2. Metodele geofizice: gravimetria, magnetismul, termometria

3. Vulcanismul continental şi marin

4. Fenomene seismice. Studiul seismogramelor, a timpilor de sosire şi a caracteristicilor undelorprime, secunde, reflectate, refractate etc., în observatoarele seismice, a condus la evidenţierea, în a doua jumătate a sec. XIX, a unei importante discontinuităţi situate la 2900 km adâncime, care a primit numele discontinuitatea Gutenberg, iar la începutul sec. XX a unei alte discontinuităţi la 15-30 km adâncime, numită discontinuitatea Mohorovicic(Moho)

5. Meteoriţi –consideraţi resturi ale unei planete asemănătoare cu Pământul, dezagregate în urma unui fenomen catastrofal:

-Litici (pietroşi ) –formaţi din minerale SILICATATE de Al, Ca, Na , asemănătoare cu cele din care sunt formate rocile terestre

- lito - sideritici –alcătuiţi din minerale SILICATATE de Al , Fe, Mg, Ca , asemănătoare cu cele din bazalte(amfiboli, piroxeni, feldspaţi calcici);

-sider o - litici –compoziţia cuprinde Fe, Ni şi silicaţi de Mg şi Fe , de tipul celor prezenţi în olivine

-sideritici–compoziţia este dominată de Fe, Ni, la care se adaugă carburi de Fe şi Ni.

Prin similitudine, Pământul ar trebui să fie alcătuit din trei învelişuri cu compoziţie similară tipurilor de meteoriţi descrise:

-un nucleu format din fier şi nichel

-o manta de compoziţie siderolitică-litosideritică

-o scoarţă litică

scoarţa; mantaua superioară; mantaua de tranziţie; mantaua inferioară; nucleul extern; nucleul de tranziţie; nucleul intern

1

Tectonica plăcilor - Scoarţa terestră nu este unitară, ci este formată din mai multe fragmente de mari dimensiuni, numite plăci tectonice, aflate în mişcare relativă una faţă de cealaltă, cu viteze de ordinul centimetrilor pe an.

Argumente de natură paleontologică ce susţin existenţa unui continent sudic unitar la începutul Mesozoicului.

În urmă cu 200 milioane ani, continentul gigant Pangea era înconjurat de oceanul Panthalassa.În urmă cu 150milioane ani, Pangea s-a dezagregat, generând mai întâi două continente–Laurasia şi Gondwana. În urmă cu 100milioane ani, Laurasia s-a divizat formând continentele nordice, America de Nord şi Eurasia, iar Gondwana a generat continentele sudice, Africa, America de Sud, Australia şi Antarctica, la care se adaugă In

AmericaN, EUrASIA

PANTHALASSA

100mil

Africa,AmericaS 200 mil 150 mil Australia,Antarctica.

Dorsală medio-oceanică sau zonă de rift:

-lungime totală este de 65.000 km

-două creste paralele, între care se adânceşte un canion

-intersectate de fracturi transversale numite falii transformante

Zone de subducţie - plăcile oceanice pătrund sub plăcile cu care iau contact, afundându-se în astenosferă. Plăcile oceanice cu densitate relativ mare se subduc sub plăcile continentale, care sunt mai puţin dense.

Coliziunea între două plăci oceanice - cutarea formaţiunilor geologice de la marginea plăcii superioare, având ca rezultat formarea unui arc insular.

Două plăci continentale care au aceeaşi densitate se întâlnesc –subducţia nu este posibilă

–coliziune ⇒ sunt create lanţuri montane

Zona de subducţie–ramura descendentă a curenţilor de convecţie, care formează celule de convecţie, cu deplasarea materiei într-un circuit închis.

Placa inferioară se scufundă urmând un plan înclinat până la 50–65°– plan Benioff.

2

PANGEEA

LaurASIA

Gondwana

Curs 2Activitatea vulcanica

Magme: caracteristici generale[loc de formare-astenosfera, starea de agregare-vascoasa, tendinte dinamice ascensionale, caracter de consolidare-cristalizare, tip de roci rezultate in fct de zona cristalizarii intruzive/extruzive.

adâncime de formare–50 şi 250 de km (astenosferă);

rocile se pot topi parţial sau integral (T îndeajuns de mare,p suficient de mică)

material in stare vâscoasă , compus preponderent din silicate care se formează pe cale naturală

Magmaare tendinţa să se ridice spre suprafaţă datorită diferenţei de densitate faţă de materialul constituent al astenosferei

Magmele pot fi reţinute un timp în interiorul litosferei în aşa-numita cameră magmatică unde au loc procese de diferenţiere magmatică =>> <! cristalizarea si mineralizarea elem chimice, rezultand minerale, cristale si/sau roci !>

Magma va migra ascensional de-a lungul unor zone de minimă rezistenţă în litosferă (fisuri, falii etc.)

Pe măsură ce magma fierbinte se deplasează spre suprafaţă, au loc interacţiuni cu rocile reci din litosferă, o parte a acestora fiind topite şi asimilate în magmă

Magma se consolidează în adâncime⇒rocile magmatice sau intruzive

Migrarea până la suprafaţa (procesele vulcanice) ⇒roci vulcanice sau extrusive

Magma: compozitie [oxizi litici si sideritici ce consolideaza in roci./ gaze rezultate din volatilizarea apei, ducand la compusi gazosi.]

oxizi ai unor elemente chimice: Si , Al, Fe , Mg, Ca , Na şi K (~97%din total)

oxizi de: Mn, Ti şi P(cantităţi mici) ⇓formează diferite minerale în stare solidă

substanţe volatile: apa (sub formă de vapori), acid clorhidric şi fluorhidric, hidrogen sulfurat, monoxid şi dioxid de carbon, azotetc.

Clasificarea magmelor: [ cu cât magma este mai bogată în Si, cu atât conţinutul de componenţi de Fe şi Mg este mai mic şi viceversa ]

magme ultrabazice–SiO2< 45%

magme bazice–SiO2= 45-52%

magme intermediare–SiO2= 52-63%

magme acide–SiO2> 63%

Magme bazice:

-vâscozitate redusă (fluiditate ridicată)

-formează cu uşurinţă curgeri de lave

-gazeledizolvate eliberate cu uşurinţă

-Tmax.=1000-1200°C

3

Magme acide:

-vâscozitate mai mare (fluiditate mai mică)

-curgerea este greoaie

-tendinţă de solidificare pe canalul de alimentare (dopuri)

-degajare greoaie a gazelor din cauza dopurilor.

-eliberarea gazelor se poate face brusc (explozii) din cauza creari presiune in interiorul vulcanului.

-Tmax.=700°C

Activitate paroxismală: eruptia propriu-zis

-lave acide şi vâscoase→erupţii de tip exploziv→piroclaste

-lave bazice→erupţii de tip efuziv→revărsări liniştite de lave (curgeri, domuri)

Activitate interparoxismală: ante si post

-mici degajări de lave sau piroclastite

-lacuri de lavă

-emanaţii de vapori, acid clorhidric, dioxid de sulf, dioxid de carbon şi alte gaze

-izvoare de ape fierbinţi sau gheizere, izvoare termale, arteziene şi intermitente

Tipuri de activitate vulcanică : Emisii Fisurale, Vulcani Scut, Domuri Vulcanice, Conuri De Cenuşă, Stratovulcani

1. Emisii fisurale

-zone de expansiunea oceanelor (rift medio-oceanic)

-platouri de lave bazice

-Ex. India(Podişul Deccan), Brazilia, S.U.A.

2. Vulcani scut

-erupţia unor lave bazice

-fluiditate ridicată→se deplasează rapid, pe distanţe mari-formă aplatizată, pantă cu înclinări mici

-Ex. Mauna Loa – înălţime deasupra mării 3900 m(de pe fundul oceanului 10000 m); diametrul la bază 100 km

3. Domuri vulcanice

-lave acide şi intermediare (vâscozitate mare).

-acumulare în apropierea centrului de erupţie.

-edificii vulcanice compacte, cu versanţii abrupţi.

-suprafeţe mici, înălţimi considerabile.

4. Conuri de cenuşă

-erupţii de tip exploziv = lava acida.

-lave bogate în silice⇒material piroclastic

-acumulare în apropierea centrului de erupţie

-conuri simetrice.

5. Stratovulcani

-activitate vulcanică complexă (efuziv/exploziv)

4

-succesiuni de curgeri de lave, nivele cu material piroclastic

-vulcanism de tip intermediar

-dimensiuni impresionante: suprafaţă, înălţime (mii de metri)

Consecinte pozitiveRegiunile din jurul vulcanilor sunt dens populate!

De ce? solul are o fertilitate ridicată!Roci vulcanice maifine ⇒fertilitate mai ridicată

Ex. insula Jawa(Indonezia):

-peste o sută de vulcani(mai mult de jumătate activi)

-densitatea de populaţie ~500 de locuitori/m2(Europa~ 350)

Krakatau-vegetaţia a reînceput să apară după numai o lună de la marea erupţie

-câţiva ani mai târziu recoltele agricole erau de două sau trei ori mai mari decât înainte de catastrofă

Vezuviu-în zonele învecinate trăiesc ~2milioane de oameni

-condiţii climatice propice →cel puţin trei recolte pe an

Fumarole-500-700°C

-sare gemă (NaCl), silvină (KCl) sau hematit (Fe2O3)

Solfatare-100-400°C

-zăcăminte de sulf(oxidarea hidrogenului sulfurat)

Mofete-valori mai mici de 30°C

-CO2, cantităţi mici N2, H2şi CH4

-scopuri curative(Tuşnad)

-ape minerale carbogazoase(Borsec, VatraDornei)

Izvoare fierbinţi-producere de energie electrică(Italia, Islanda)

-proprietăţi terapeutice (Kurile, Rusia)

-gheizere-izvoare arteziene (Yellowstone)

Curs 3Activitatea seismica.

Seisme sau cutremure de pământ - mişcări violente la nivelul scoarţei terestre, ce au capacitatea de a produce importante pierderi materiale şi victime omeneşti

Localizare:

-aliniamente bine definite – discontinuităţi majore ale scoarţei

-contacte dintre plăcile tectonice

Ex. Cerc de foc al Pacificului –coastele vestice ale celor două Americi, arcul Aleutinelor, Insulele Kurile, arhipelagul japonez, Insulele Filipine, Indonezia, Noua Guinee, Noua Zeelandă, la sud de Australia, spre coastele chiliene

Aliniament –zona Azorelor din Oceanul Atlantic, zona Mediteraneană (Portugalia, Spania, nordul Africii, Italia, Grecia, Turcia, Caucaz), Iran,Afganistan, Pakistan, nordul Indiei, China

Arii punctiforme –centrul Angliei, Masivul Central Francez, grabenul Rinului sau zona Vrancea

Aproximativ 95% din energia disipată în timpul cutremurelor:

-Cerculde Focal Pacificului

5

-zonaMediteraneana–regiunea Himalayana

-zonelede rift oceanic

Mişcarea relativă a plăcilor si forţele de frecare dintre plăci provoaca tensiuni care se acumulează treptate

Echilibrul plăcilor cedează ⇒apariţia unei rupturi sau a unei alunecări majore pe planuri de falie

Energia acumulată este eliberată brusc⇒vibraţii ale scoarţei, se propagă cu viteză foarte mare. Undele avansează radiar, de la punctul de eliberare a energiei, în toate direcţiile spaţiului

Distanţa până la care se resimt efectele evenimentului seismic este functi de aspectele:[hipocentru, geologia zonei, energia inmagazinata si eliberata]

-caracteristicile cutremurului(adâncimea)

-caracteristicile rocilor prin care se propagă undele seismic

-cantitatea de energie disipată

Elemente descriptive:Focar sau hipocentru –locul din interiorul scoarţei unde se produce eliberarea de energie

Epicentru –proiecţia hipocentrului la suprafaţa terenului

Adâncime focală –distanţa, măsurată pe verticală, între focar şi suprafaţa terenului

Zonă epicentrală–zona din jurul epicentrului, în care şocul seismic se resimte la maxim

Clasificare:

-seisme intracrustale sau normale–adâncime= suprafaţă(5 km)-60 km

-seisme intermediare–adâncime= 60-300 km

-seismeadânci–adâncime> 300 km(maxim 700 km)

! Cu cât focarul unui cutremur este mai aproape de suprafaţă, cu atât violenţa acestuia va fi mai accentuată.

!Cutremurele adânci se resimt pe suprafeţe mari, însă cu intensitate redusă.

90% din totalul anual al seismelor se produc în aria circumpacifică

Durata obişnuită a unui seism–ordinul zecilor de secunde

Replici: -însoţesc seismele puternice sunt

-cutremure de magnitudine mai mică

-se produc în orele sau zilele următoare şocului principal

-pot să provoace noi daune

-valuri de panică în rândul populaţiei, deja afectată

Roiuri de cutremure: -succesiune de cutremure

-magnitudine mică şi relativ egală

-de ordinul sutelor pe zi

Tipuri de unde seismice: unde “P” / “S”

1. Prime-longitudinale, de compresiune

6

-mişcarea particulelor –paralel cu direcţia de propagare a undei

-comprimări şi extensii successive ale mediului elastic

2. Secunde-transversale, de forfecare

-mişcarea particulelor –perpendicular pe direcţia de avansare a undei

Viteza undelor longitudinale > viteza undelor transversale

(aprox. 1,7 ori)

3. Unde de suprafaţă

-o parte a undelor ating nivelul terenului, sunt reflectate spre adâncime; produc perturbaţii ale terenului:

-Love-mişcare de forfecare în plan orizontal, perpendicular pe direcţia de propagare

-Rayleigh-mişcare complexă, circulară, asemănătoare valurilor

Magnitudinea –o măsură a energiei cinetice totale eliberată la producerea unui şoc seismic

mărime poate fi măsurată doar pe cale instrumentală

valoare unică, proprie unui anumit eveniment seismic

Charles Richter (1935)–logaritmul zecimal al amplitudinii maxime a undei seismice înregistrate pe un seismograf standard, aflat la 100 km de epicentul cutremurului

Sistem de cuantificare a energiei eliberate –scara Richter

subdiviziunile–grade pe scara Richter

Scară logaritmică–creşterea cu un grad înseamnă:

-amplitudinede 10 ori mai mare

-energie de 32 de ori mai mare

Cel mai mare cutremur–Chile 1960, M = 8,9 (9,5)

Anual, la nivelul globului terestru:

-2 cutremure cu magnitudinea mai mare de 7,8

-17 cutremure cu magnitudini între 7 şi 7,8

-100 cutremure cu magnitudini între 6 şi 7

SCARA RICHTER

Magnitudine 1: În mod normal nu este simţit.

Magnitudine 2: În mod normal nu este simţit.

Magnitudine 3: Este simţit adeseori, dar nu provoacă daune materiale.

Magnitudine 4: Este simţit adeseori, dar nu provoacă daune materiale.

Magnitudine 5: Cutremur moderat. Este simţit bine. Mici daune la clădirile din apropierea epicentrului.

Magnitudine 6: Cutremur puternic. Clădirile care nu sunt rezistente se

distrug pe o rază de câţiva kilometri de la epicentru.

Magnitudine 7: Cutremur major.

Cauzează multe daune importante pe câteva sute de kilometri de la epicentru.

7

Magnitudine 8: Cutremur gigant.

Există multe daune materiale, numeroase decese şi mulţi răniţi pe sute de kilometri.

Magnitudine 9: Super-cutremur. Foarte rar. Distruge tot sau aproape tot atât în zona

epicentrului cât şi într-o arie de mii de km în jurul acestuia

Intensitatea –descrie în termeni calitativi şi cantitativi efectele pe care le produc seismele în zonele în care sunt resimţite

Se bazează pe percepţia umană şi pe evaluarea daunelor ce rezultă în urma seismului

Accelerometre–măsoară acceleraţia (variaţia de viteză) medie a particulelor din substrat

Scara Mercalli Modificat (Richter in 1956)

Intensitatea depinde de punctul unde este localizat observatorul

Distanţade epicentru creşte⇒şocul seismic este atenuat ⇒efectele sunt mai puţin grave

Harta–distribuţia spaţială a intensităţilor înregistrate

Izoseiste–curbe închisecare contureazăzone care au suportat intensităţi seismice egale

SCARA MERCALLI

GRADUL I-Nu este simţit, păsările şi animalele sunt neliniştite.

GRADUL II-Simţit numai de puţine persoane care se găsesc în repaus, în special la etajele superioare.

GRADUL III - Se simte de unele persoane din interiorul clădirilor.

GRADUL IV - Se simte de mai multe persoane din interiorul clădirilor şi de unele aflate în exterior.

GRADUL V - Se simte aproape de toată lumea, mulţi sunt treziţi din somn.

GRADUL VI - Se simte de toată lumea, mulţi se sperie şi fug din locuinţe, unele mobile grele se deplasează.

GRADUL VII-Cei mai mulţi oameni părăsesc locuinţele. Este perceput şi de persoanele aflate la volan. Stricăciuni considerabile în clădiri prost construite.

GRADUL VIII - Casele se deplasează pe fundaţilelor, pereţii uşori sunt aruncaţi în afară, unii pereţi de cărămidă se prăbuşesc.

GRADUL IX - Panică generală, stricăciuni considerabile şi în structuri special construite. Crăpături mari în teren.

GRADUL X - Sunt distruse cele mai multe structuri din cărămidă. Mari alunecări de teren.

GRADUL XI-Puţine clădiri din cărămidă rămân în picioare. Sunt distruse poduri. Şinele de cale ferată sunt îndoite puternic.

GRADUL XII - Distrugerea este aproape totală. Obiectele sunt azvârlite în sus. Au loc modificări ale reliefului.

Seismometrul (seismograful):

- sistem inerţial-un corp de masă mare, ataşat prin intemediul unor resorturi şi amortizoare de un cadru fixat în substrat

- sistem traductor-transformă diferenţa de mişcare dintre corpul ce rămâne fix (inerţie) şi cadrul ce se mişcă (şocuri seismice),într-un semnal măsurabil şi interpretabil

Seismografele înregistrează mişcările în plan orizontal si vertical.

Seismograma –graficul cu înregistrarea undelor seismice.

Val seismic sau tsunami – deplasarea apei datorită unei mişcări bruşte şi ample a fundului oceanicTsunami= val în port (limba japoneză)

Cauze: cutremur, erupţie vulcanică, alunecare submarinăde mari dimensiuni

Seisme-apariţia unui escarpament amplu pe fundul oceanului, asociat unei falii8

Localizare: zonele marginale ale Pacificului, în lungul coastelor Americii de Sud, în apropierea Insulelor Aleutine şi a Japoniei (90%–Oc. Pacific)

Viteza: 600-800 km/hg; v = radical (g * D); g = acceleraţia gravitaţională; D = adâncimea oceanului

În larg: amplitudine 1 m; lungime de undă 200-700 km

La ţărm: amplitudine zeci de m; lungime de undă 50-150 km; viteză~30 km/h

FĂRĂ FENOMENE PRECURSOARE!

Nu primul val este cel mai amplu, ci unul dintre următoarele

Succesiune de inundări şi retrageri ale apei

Efect amplificat-intrânduri ale ţărmului (golfuri,estuare)

Primulval-front relativ abrupt, înălţime de ordinul metrilor

Prima modificare observată -retragerea apei mării pe distanţe mari

Curs 4Deplasări de teren

Alunecările de teren:

deplasări ale solului, sedimentelor şi rocilor

au loc descendent pe pantă

rezultat al tendinţei de atingere a stării de echilibru natural a versanţilor

Frecvenţă de apariţie şi răspândirea –relativ mare

Provoacă mai ales distrugeri materiale:

-clădiri

infrastructura de comunicaţie

–infrastructura de transport

Provoacă grave perturbaţii vieţii şi activităţii umane

-în cazurile catastrofale

–pierderi de vieţi omeneşti

NU EXISTĂ EVALUĂRI COMPLETE ALE INFLUENTEI ASUPRA MEDIULUI AMBIANTClasificarea formaţiunilor geologice:

Criteriul stratigrafic Criteriul tectonic

Roca de bază : formaţiunile geologice precuaternare rezistente şi puţin deformabile

Roca de bază : formaţiunile sedimentare precuaternare, inclusiv cele cuaternare cutate, rocile metamorfice şi cele eruptive

Formaţiunea acoperitoare : depozitele cuaternare Formaţiunea acoperitoare : terenurile cuaternare necutate(depozite aluvionare ale râurilor, loessul, depozitele ce acoperă versanţii etc.)

proprietăţile fizice (geomecanice) < proprietăţile fizice (geomecanice)

Formaţiunile acoperitoare

▪mult mai susceptibile de a fi afectate de alunecări de teren

▪marea majoritate a activităţilor umane inginereşti

9

Apariţia formaţiunii acoperitoare:

-intensitatea şi durata proceselor exogene (dezagregare fizică, alterare chimică)

-caracteristicile geologice ale rocilor

Eluviu = zone plate,acoperite cu sedimente din dezagragarea rocilor, in zonele calde> strat gros de zeci de metrii, iar in zonele reci, strat subtire, cativa metrii. Nu exista alunecari de teren.

- format în zonele plate (interfluvii şi a zone de platformă)

-produse ale dezagregării şi alterării rămase pe loc

-regiuni aride, reci–grosime redusă (câţiva metri)

-regiuni tropicale umede –grosime mai mare (câţiva zeci de metri)

-transfer lent de material între eluviu şi deluviu (fără alunecări de teren)

Deluviu -formaţiunea cea mai susceptibilă de a fi afectată de alunecări de teren

- se formează pe pantele versanţilor

-materiale supuse unui transfer continuu dinspre zona de alterare

-materialele foarte heterogene, nestratificate, grad redus de consolidare

-agent transportator –curenţi temporari de apă (precipitaţii, topirea zăpezilor)

Proluviu- format în zonele de joncţiune=unire ale pantelor cu terenurile plate

-materiale preponderant transferate din zonele deluviale

-în mică măsură materiale provenite direct din alterarea rocii de bază

-materialele neomogene, slab sortate, fragmente de roci nerulate

-poate fi afectată de alunecări de teren (amplitudinea mişcărilor mai mică)

Aluviu - se formează de-a lungul cursurilor de ape(cel mai răspândit tip genetic)

-vârste diferite–nivele deasupra albiei râurilor–zone de terasă

-granulometrie foarte variabilă, materiale sortate

-terase vechi au caracteristici mai bune decât cele actuale

-prevenirea alunecărilor de teren–taluze provizorii sau definitive

Alunecări de teren

►deplasarea unor materiale geologice aflate in dezechilibru

►actiunea unor procese fizico-mecanice

►declansarea––rezultatul unor cauze naturale sau antropice

Scopul observaţiilor de teren:

♦elementeale alunecării de teren

♦caracteristici geometrice

♦morfologia nou apărută

Cunoaşterea elementelor alunecării⇒studierea stabilităţii pantelor:

-a prevedea comportarea în continuare a zonei afectate

10

-alegerea celor mai potrivite metode de minimizare a impactului

CARTAREA GEOLOGICĂ -> elemente şi parametri geometrici ->

Fruntea alunecării–conturul din partea superioară a volumului de materiale geologice afectate de alunecare(1)

Baza alunecării–conturul inferior al masei alunecate(2)

Alunecare de teren alungită pe direcţia N-S, privind din zona inferioară către masa alunecată:

Margine vestică–marginea din stânga(3)

Marginea estică–marginea din dreapta(4)

Lungimea alunecării–distanţa măsurată pe linia de cea mai mare pantă între fruntea şi baza alunecării reprezintă(l)

Lăţimea alunecării–media aritmetică a mai multor distanţe măsurate între cele două margini, perpendicular pe lungimea alunecării(b)

Suprafaţa de alunecare–element de-a lungul căruia se produce mişcarea materialelor geologice(1)

Faţa de desprindere–parte din suprafaţa de alunecare adusă la suprafaţă(2)

Masă alunecătoare–volumul de materiale geologice deplasate (3)

(limita dintre masa alunecătoare şi roca în loc–suprafaţa de alunecare)

Grosimea alunecării–grosimea masei alunecătoare de la suprafaţa morfologică până la suprafaţa de alunecare (măsurată perpendicular pe suprafaţa pantei) (4)

Piciorul alunecării–delimitat de intersecţia dintre suprafaţa de alunecare şi suprafaţa morfologică iniţială, înainte de începerea fenomenului de alunecare(7)

Terase de alunecare–partea superioară a masei alunecătoare; zone cu aspect de trepte; uşor înclinate spre versant(2)

Crăpături transversale–apar pe terasele de alunecare, zona inferioară a masei alunecătoare, deasupra şi imediat în aval de zona piciorului alunecării; amonte de faţa de desprindere(3)

Crăpăturile longitudinale–baza alunecării de teren(4)

Fazele unei alunecări de teren:

- Alunecarea lentă–fazaincipientă; se formează suprafaţa de alunecare; mici cedări locale succesive,de obicei nereflectate la suprafaţă

Etapă precedată de o serie de deformări plastice ale masivului

- Alunecarea propriu-zisă–faza principală; mişcări pe versant; deplasări mari în intervale de timp scurte

- Stabilizarea alunecării–faza finală; deplasări reduse; mici reactivări locale ale alunecării care conduc la atingerea stării de echilibru a pantei

Curs 5

Deplasări de teren-continuare

Cauzele alunecărilor de teren

Stabilitatea masivului–echilibrul forţelor care acţionează asupra materialelor de pe o pantă având unghiul de înclinare α

- materialele rămân nemişcate pe pantă→forţa gravitaţională(componenta normală )

- deplasarea corpurilor descendent pe pantă→stresul de forfecare (forţele de alunecare)

11

- contactului dintre particulele materiale→forţele de frecare(forţele de rezistenţă)

Natura materialelor geologice–caracteristici fizico-mecanice:

unghiul de frecare internă şi coeziunea⇓⇓⇓rezistenţa la forfecare

Estimare stabilitatea versantului –coeficient de siguranţă η

η=forţele de rezistenţă / forţele de alunecare

-forţe de alunecare =forţe de rezistenţă ⇒η= 1 ⇒echilibru limită

-forţe de alunecare < forţe de rezistenţă ⇒η> 1 ⇒echilibru stabil

-forţe de alunecare > forţe de rezistenţă ⇒η< 1 ⇒pierdere stare de echilibru

Cauzele alunecărilor de teren

- creşterea forţelor de alunecare

- scăderea forţelor de rezistenţă

A. Acţiunea apei influneteaza scăderea forţelor de rezistenţă]

acţiunea apei într-un timp mai scurt (de ordinul zilelor sau lunilor) sau mai îndelungat (de ordinul anilor)

- Corelaţie între perioadele cu nivel ridicat al precipitaţiilor şi apariţia alunecărilor de teren

- Cu cât cantitatea de apă este mai mare, cu atât viteza este mai ridicată apelede suprafaţă (râurile, lacurile, mările, oceanele) –acţiune erozională puternică asupra bazei versanţilor

- Presiunea apei din porii rocilor sedimentare ⇒micşorarea forţelor de rezistenţă şi creşterea forţelor de alunecare

presiune de filtrare – deplasarea apei subterane prin porii mari din rocile sedimentare (rezistenţa rocilor la curgerea subterană)

- Curgerea apelor subterane prin roci clastice de tipul nisipului⇒fenomenul de sufoziune

-> viteza apei>viteza critică⇒material fin antrenat de apa ⇒afânarea formaţiunilor geologice sau apariţia unor goluri în interiorul acestora⇒pierderea stabilităţii masivului

Ploi abundente ⇒ creşterea greutăţii volumetrice a rocilor

În Cazul Nisipului:

- O Anumită Cantitate De Apă –Liant ⇒ Creşterea Forţelor De Coeziune

- Saturaţie Sau Suprasaturaţie–Aderenţa Dispare ⇒ Amestecul De Apă Şi Particule Minerale Are Caracteristicile Unui Fluid

Argile sensitive–roci depuse în mediul marin (Cuaternar), materialul mineral fiind rezultatul acţiunii erozionare a gheţarilor

-stratele ulterior aduse la suprafaţă –ridicare lentă a uscatului datorată topirii gheţarilor

-mineralizarea iniţială –micşorată treptat ca urmare a circulaţiei apelor subterane

-scăderea rezistenţei la forfecare(funcţie de gradul de spălare al sărurilor)

Ridicarea nivelului apelor subterane –presiune suplimentară asupra feţei inferioare a stratului impermeabil localizat deasupra stratului acvifer

Apa din fisurile rocilor stâncoase – presiune hidrostatică asupra pereţilor fisurilor

Îngheţul apei–deteriorarea caracteristicilor fizico-mecaniceale rocilor

-efectului de dilatare –presiune suplimentară asupra materiei minerale

12

Datorata:

-fracţia fină mai abundentă–rocimai sensibile la deformări

B. Efectul proceselor de dezagregare şi alterare

Dezagregare si alterare chimică => scăderea forţelor de rezistenţă

Dezagregare fizică = climă rece, umedă şi climă caldă şi aridă

Alterare chimică = climă caldă şi umedă

Pantele cu înclinări mari favorizează îndepărtarea prin eroziune a produselorde dezagregare şi alterare. Grosimea crustei de alterare–de la câţiva metri, pânăla zeci de metri

C. Acţiunea vibraţiilor

Roci argiloase – tixotropie–transformarea într-un material fluid sub acţiunea vibraţiilor⇒reducere a rezistenţei la forfecare (eliberarea apei din structura cristalină) –depinde de durata de timp, intensitatea vibraţiilor

Seisme–creşterea forţelor de alunecare

Surse artificiale –pierderea rezistenţei la forfecare (fracturi,feţe de strat)

D. Activitatea antropică

Săparea solului şi a rocilor adeseori la baza pantelor

-efect erozional realizat de apele de suprafaţă, dar în timp foarte scurt

Mecanism-redistribuirea forţelor (cresc forţele de forfecare)

-apa stagnează (reduce forţele de rezistenţă)

Încărcarea pantelor cu construcţii, depozite de deşeuri etc.

-crescforţelede alunecare

Defrişările – rolul pădurilor

- rădăcinile cresc stabilitatea terenului

- controlează cantitatea de apă din sol

- împiedică şiroirea

- creşterea forţelor de alunecare - micşorarea forţelor de rezistenţă

E. Efectul proceselor tectonice

Generare de fisuri, fracturi; modificarea unghiului de înclinarea pantelor

Valori mari ale unghiului de înclinare–materialele grosiere mai stabile decât materialele fine

Clasificarea deplasărilor de teren:

1. În funcţie de caracterul mişcării

Alunecări rotaţionale(a) -suprafaţă de alunecare concavă

-materiale geologice omogene

-versanţi cu înclinare mai mare

Alunecări de translaţie(b) -suprafaţă de alunecare relativ plană

-versanţi cu înclinare mai mică

-limite de strate sau alte discontinuităţi

Prăbuşiri = deplasări de teren cu viteze mari pe versanţi abrupţi;

= afectează formaţiuni geologice stâncoase

13

-strate înclinate(a) –deplasare favorizată de fracturi, feţele de strat, plane de cutare, şistozitate

-blocurile de rocă formează un grohotiş de pantă

-strate orizontale(b) –desprindere după suprafeţe verticale; mişcare spre interiorul masivului

Curgeri de teren (a) –deplasări ale unor terenuri formate din materiale geologice cu granulaţie mică (soluri, sedimentelor fine); caracteristică de clepsidră

-cantităţi mari de apă în masa alunecătoare →masă fluidă

-pante moderate, condiţii de saturaţie

Curgeri de sediment (b) –văi din zonele montane, deluroase; precipitaţii abundente sau în urma topirii zăpezilor

-sedimente alcătuite <50% din fracţie fină

-mâl ce se deplasează descendent pe pantă cu viteze mari

2. În funcţie de direcţia de evoluţie a deplasării masei alunecătoare pe versant

Alunecări progresive(a) -pe versant sau în partea superioară a acestuia

-direcţie descendentă, similar cu mişcarea masei alunecătoare

Alunecări regresive(b) -generate la baza pantei

-caracter ascendent, contrar mişcării masei alunecătoare

Controlul şi stabilizarea deplasărilor de teren

A. Măsuri geometrice–redesenarea geometriei versanţilor

-reducerea unghiului pantei versantului (taluzare)

-săparea unor berme la partea superioară

-construirea unor contraforţi la baza versanţilor

B. Măsuri hidrologice–drenarea apelor de suprafaţă şi subterane→colectarea surplusului de apă

-umplerea fisurilor şi îndepărtarea zonelor depresionare

-construirea unui sistem de rigole, canale şi şanţuri

-drenaj subteran →coborîrea nivelului apei subterane

C. Măsuri geotehnice–prevenirea apariţiei alunecărilor de teren→lucrări inginereşti

-ziduri de sprijin –preiauforţele de împingere prezente în versanţi; protejeazăbaza versanţilor împotriva eroziunii râurilor

-ancoreşi cablurile pretensionate –roci stâncoase; creştereaforţelor de rezistenţă

D. Măsuri chimice–îmbunătăţire a proprietăţilor fizico-mecanice ale rocilor

-injectarea în masivde: lapte de ciment sau var, silicat de sodiu, diferite tipuri de răşini sau alte substanţe chimice

-îngheţarea sau arderea rocilor

E. Măsuri biologice–înierbarea şi împădurirea

Curs 6

Spatiul subteran - DEPOZITAREA DEŞEURILOR RADIOACTIVE

Reacţiile chimice–ponderate de condiţiile externe (temperatură, presiune, lumină etc.)

Reacţiile nucleare–nu pot fi influenţate din exterior prin modificarea parametrilor menţionaţi

►Intensitatea activităţii scade în timp–timp de înjumătăţire al izotopilor⇓⇓⇓⇓⇓14

Neutralizare–izolare ⇒radionuclizii să nu poată intra în contact cu lumea vie pe perioada cât sunt active

Definiţie: Deşeu radioactiv înseamnă orice material radioactiv, în oricare din stările de agregare gazoasă, lichidă sau solidă, pentru care nu se întrevăd nici un fel de utilizări ulterioare, atât la nivel naţional, cât şi la nivelul persoanei juridice care l-a produs şi a cărei decizie în acest sens este legal acceptată şi care este

Clasificare în funcţie de perioada de activitate:

-deşeuri cu viaţă scurtă–activitatea diminuează rapid, în intervale de ordinul zecilor de ani

-deşeuri cu viaţă lungă–păstrează un nivel ridicat al activităţii pe timp de sute sau mii de ani

Clasificare în funcţie de intensitatea radioactivităţii:

•deşeuri cu activitate joasă(lowlevelwaste–LLW), la care activitatea atinge valori de ordinul 200 mrem/h

•deşeuri cu activitate medie(medium level waste– MLW), care necesită manevrare de la distanţă şi echipamente speciale pentru a proteja sănătatea operatorilor

•deşeuri cu activitate ridicată(highlevelwaste– HLW), materiale deosebit de periculoase, capabile să genereze cantităţi importante de căldură, măsurabile prin creşterea temperaturii până la 200°C când sunt stocate în spaţiu închis

Clasificarea franceză: -tip A (300.000 m3) -tip B (300 m3) -tip C (200 m3)

Norme de siguranţă–nivelul de activitate se consideră neglijabil: interval egal cu de 10 oritimpul de înjumătăţire(precauţie extremă-20 de ori)

Exemplu: timp de înjumătăţire sub 30 de ani - > timp de izolare de circa 300 ani

Clasificarea IAEA (Agenţia Internaţională pentru Energia Atomică):

-LILW-SL: Deşeuri radioactive care conţin preponderent radionuclizi emiţători beta-gama cu durată de viaţă scurtă (T1/2 inferior valorii de 30 ani), conţin cantităţi mici de radionuclizi emiţători alfa cu durată de viaţă lungă (T1/2 superior valorii 20 ani)

-LILW-LL: Deşeuri radioactive care conţin preponderent radionuclizi emiţători alfa cu durată de viaţă lungă (T1/2 superior valorii 20 ani), conţin cantităţi mici de emiţători beta-gama cu durată de viaţă scurtă (T1/2 inferior valorii de 30 ani)

-HLW: Deşeuri radioactive care conţin preponderent radionuclizi emiţători beta-gama cu durata de viaţă scurtă (T1/2 inferior valorii de 30 ani), conţin cantităţi importante de radionuclizi emiţători alfa cu durată de viaţă lungă (T1/2 superior valorii 20 ani)

Ciclul deşeurilor:

Caracterizare– Determinarea proprietăţilor fizice, chimice şi radiologice ale deşeurilor, în scopul stabilirii necesitaţilor de tratare şi condiţionare sau a adecvării lor pentru manipulare, procesare, stocare sau depozitare finală.

Tratare–Operaţiile efectuate în scopul creşterii securităţii sau din motive economice prin schimbarea caracteristicilor deşeurilor. Obiectivele tratării sunt: reducerea volumului, îndepărtarea radionuclizilor din deşeuri, schimbarea compoziţiei.

Condiţionare–Operaţia prin care se produce coletul cu deşeuri, corespunzător pentru manipulare, transport, depozitare intermediara şi/sau depozitare definitivă. Condiţionarea poate include conversia deşeului într-o formă solidă, includerea deşeului într-un container, şi includerea acestuia într-un supraambalaj.

15

Depozitare intermediară–Plasarea deşeurilor radioactive într-o instalaţie nucleară în scopul izolării, protecţiei mediului şi controlului de către personal, cu intenţia de a fi recuperate. Se utilizează, cu sens echivalent, termenul stocare intermediară.

Depozitare definitivă–Amplasarea şi păstrarea deşeurilor radioactive într-un depozit amenajat sau o anumită locaţie fără intenţia de a fi recuperate.

Deşeurile radioactive rezultă, în principal, din patru tipuri de activităţi:

1. -Producerea de energie electrică pe cale nucleară, inclusiv activităţile conexe ciclului combustibilului nuclear şi celor de dezafectare

2. -Funcţionarea reactorilor de cercetare

3. -Folosirea radiaţiilor şi a materialelor radioactive în medicină, agricultură, industrie şi cercetare

4. -Prelucrarea materialelor ce conţin radionuclizi naturali

Evitarea contaminării mediului înconjurător:

- înlăturarea pe termen lung a pericolului aferent deşeurilor radioactive

- transformarea într-un material rezistent la eroziune şi la dizolvare; depozitarea trebuie făcută într-un mediu geologic potrivit

Alegerea zonei de depozitare – evitarea transportului cantităţilor periculoase de materiale radioactive în biosferă prin intermediul apelor subterane (siguranţa –bariere naturale şi tehnice)

Formaţiuni geologice susceptibile pentru depozitarea la adâncimi mari a deşeurilor radioactive:

-evaporite (sare)

-roci endogene (granite, gnaise, bazalte)

–rocicristalizate dure-rocipelitice (argile, marne, şisturi argiloase)

–formaţiuni argiloase

Analiza siguranţei – menţinerea unui anumit nivel de protecţie predeterminat care rezultă din interacţiunea dintre deşeuri, facilităţile de depozitare şi mediul geologic

Concept de siguranţă – bariere multiple:

1. Analiza separată a eficienţei barierelor individualeca sisteme tehnice (împachetarea deşeurilor, materiale de izolare), ca sisteme geomecanice (găuri de sondă, mine, puţuri) şi ca sisteme geologice (hidrogeologie, tectonică)

2. Analiza proceselor fizice şi chimicecare pot rezulta din interacţiunile mutuale ale barierelor diferitelor sisteme şi evaluarea semnificaţiei lor în cazul unui transport nedoritde materiale periculoase, în vecinătatea locului de depozitare şi la distanţe mari

3. Analiza siguranţei locaţiei finaleprin identificarea şi evaluarea interacţiunilor mutuale ale tuturor barierelor în cazul unor posibile evenimente nedorite (accidente) care pot să ducă la eliberarea radiaţiilor

A) Depozitarea la suprafaţă a deşeurilor cu durată scurtă de viaţă

Caracteristici:

-deşeuri cu durată scurtă de viaţă –deşeuri cu nivel mediu şi scăzut de activitate

-timp de înjumătăţire mai mic de 30 ani (după 300 ani riscul este neglijabil)

Criterii de siguranţă care trebuie să caracterizeze un depozit:

-limite hidraulice bine definite

-structură litologică omogenă

-condiţii climatice şi hidrologice stabile

16

-risc seismic redus, eventual mediu

-vulnerabilitate redusă la deplasări de teren

-protecţie împotriva inundaţiilor

-existenţa în apropiere a unui corp de apă de suprafaţă cu capacitate de diluţie suficientă

ex. Soulaines-Dhuys (NE Franţei)

-studiuliniţial–1984-1985 –întreg teritoriul Franţei

-două tipuri de amplasamente:

●nisipuri sau nisipuri argiloase cu grosimea minimă de 10 m, aşezate pe un strat impermeabil de minim 20 m grosime (tip 1)

●argile masivePermiene (tip 2)

-preselecţie 70 de locaţii în 20 de zone

-3 (tip 1) au fost studiate din punct de vedere geologic, hidrogeologic (cartări de detaliu, hartă 1:25.000, foraje geologice şi hidrogeologice)

-lucrările au fost concentrate pe o suprafaţă de 100 km2

-în 1987 a fost aleasă o suprafaţă de 100 ha –Centrul de stocare Aube

-investigaţii detaliate: caracterizarea amplasamentului prin investigaţii geofizice şi foraje, elucidarea condiţiilor geotehnice, modelarea dinamicii apelor subterane şi de suprafaţă

-secvenţa de formaţiuni geologice:

> câţiva m de argile

> 10 m de nisip (s-a accentuat caracterizarea zonei)

> 20-25 m argile

> 60 m intercalaţii nisipuri, argile

> calcare Jurasice -fundament geotehnic

-capacitate deposit 1.000.000 m3–durată programată de funcţionare ~30ani

B) Depozitarea în adâncime a deşeurilor cu durată lungă de viaţă

Caracteristici:

-formaţiunile geologice au rolul de barieră activă–cea mai eficientă sub aspectul izolării faţă de lumea vie

-formaţiunile potrivite pot să absoarbă şi să disperseze căldura produsă de deşeurile cu conţinut ridicat de material radioactiv

-adâncimea mare împiedică o intervenţie răuvoitoare

-sistem în întregime pasiv–funcţionarea lor curentă nu necesită intervenţia umană, iar cheltuielile de întreţinere sunt minime

Criterii de siguranţă care trebuie să caracterizeze un depozit:

a) de siguranţă

-geodinamice (stabilitate)

-hidrogeologice (permeabilitate foarte scăzută)

b) potenţial de dezvoltare

-geomecanică (hidrogeologie) – evaluare economică şi de stabilitate

Ex. Mina Konrad (SEde Hanovra, Germania) = fostă mină de Fe (oolite–Jurasic mediu) aleasă pentru depozitarea deşeurilor care nu generează căldură

- stabilitatea minei (fără fenomene de subsidenţă la suprafaţă)şi proprietăţile de barieră sunt corespunzătoare.

17

Factori geologici decisivi:

- fosta mină amplasată la o adâncime de 800-1300 m e acoperită de o secvenţă de argile/marne Cretacic inferior având o permeabilitate redusă şi câteva sute de metri grosime

- orizontul cu minereu nu aflorează în apropierea puţului Konrad, de aceea nu există contact direct între apele de adâncime şi nivelul freatic

- stratul barieră Cretacic inferior nu este intersectat de nici o falie

- zonele cu stres tectonic din orizontul cu minereu sunt reduse şi pot fi controlate cu ajutorul unor măsuri obişnuite (lucrări de susţinere)

C) Laboratoare subterane

Sunt folosite pentru teste in situ indispensabile pentru cercetarea unor teorii referitoare la depozitare, caracterizare zonelor avute în vedere pentru depozitare şi pentru demonstraţii de siguranţă

Ex. Mol (NE Belgiei)

Domenii investigate:

-interacţiunea dintre deşeuri şi argile terţiare

-studii de migrare în argile

-hidrogeologia zonei Mol

-comportamentul geomecanic al argilelor

-studii conceptuale

-umplerea şi închiderea depozitelor

-evaluarea siguranţei şi a performanţei

-modelarea geotehnică a construirii tunelurilor şi comportarea în argile plastice

-evaluarea efectelor combinate ale radiaţiilor şi căldurii asupra argilelor

-testarea interacţiunii materialelor radioactive cu argila

-simularea comportării galeriilor susţinute în beton şi a argilelor situate într-un câmp de temperatură

Curs 7

Spatiul subteran

Tunelul pe sub Canalul Mânecii (Eurotunel)

Călătoria durează 35 de minute

Intrare Anglia –Folkestone(Kent)(9,8 km de ţărm)

Intrare Franta–Coquelles(Pas-de-Calais)(3,7 km de ţărm)

În 2007 (30.09.): 6.143.643 pasageri 1.614.334 automobile 1.051.341 camioane

49.265 autocare 959.143 t mărfuri

- Istoric: 1802 –Albert Mathieu– călătoria prin tunel se făcea cu trăsuricu cai în mijlocul Canalului era prevăzută o insulă artificial .

Napoleon al III-lea – cale de transport operată de trenuri cu aburi – să-i ia prin surprindere pe englezi şi să cucerească Anglia

Legătura directa între Londra şi Paris respectiv Bruxelles

Construcţia:

▪Consorţiu de 10 companii

▪5 bănci –finanţare de

10 miliarde lire sterline

▪15.000 de muncitori18

Săparea a fost realizată din ambele direcţii

Săparea a fost ghidată cu dispozitive cu laser –eroare de întâlnire 35 cm

Unirea celor doua tuneluri (de serviciu) a fost realizată pe 1 decembrie 1990

„În sfârşit! Europa nu mai e izolată!”

Tunelul a fost inaugurat pe data de 6 mai 1994

Caracteristici:

-lungimea 50,50 km, din care 39 km sub mare

-adâncimea medie 45 m

-format din 3 tuneluri –2 feroviare şi 1 de serviciu

-tuneluri feroviare –pentru circulaţia trenurilor

-tunel de serviciu –personal de întreţinere, evacuare pasageri

-tunelurile legate prin 250 galerii transversale (la fiecare 375 m)

187 ramuri de protecţie (la fiecare 250 m)

-diametru: 7,60 m feroviare; 4,80 m serviciu; 4,60 m transversale; 2 m ramurile

CONSTRUCŢIA - Perioadă de realizare: 7 ani

-începere tunel serviciu englez –15 decembrie 1987

-începere tunel serviciu francez –28 februarie 1988

-finalizare tunel N –22 mai 1991

-finalizare tunel S –28 iunie 1991

-unirea tunelurilorde serviciu–22,3 km de Anglia şi 15,6 km de Franţa

Au fost folosite“Tuneliere”(Tunnel Boring Machines –TBM)

TBM –maşini care:

-sapă prin rocă–creează un gol cilindric

-înlatură materialul excavat–încărcat şi transportat la suprafaţă pe benzi rulante

-realizează susţinerea cu cadre de susţinere şi beton

TBM-ul francez a fost demontat, TBM-ul englez a fost îngropat

În partea engleză:

- 4 milioane de m3 de cretă excavată şi deversată în mare

- 360.000 m2de terenrecuperaţidin mare

- total de 8 milioanem3de rociexcavate

- vitezade 2.400 t/ora

Prin Eurotunel circulă următoarele tipuri de trenuri:

-Eurostar–TGV-ulpentru trafic de pasageri

-6 Shuttle pentru camioane

-19 Shuttle pentru automobile şi autocare (pe două nivele)

-trenuri internaţionale de mărfuri

Laborator aboratorul subteran Gran Sasso (Italia)

Institutului National de Fizică Nucleară

Laborator dedicat în primul rând cercetătorilor nucleare –propus în 197919

La acel moment era în curs de realizare un tunel rutier care leagă L’Aquilade Teramo, pe sub masivul GranSasso

Accesul se face prin bretele laterale din tunelul autostrăzii.

Laboratorul subteran este separat de suprafaţa terenului de 1.400 m de rocă⇓⇓⇓⇓⇓reţin radiaţiile cosmice şi alte semnale perturbatoare (în condiţii de suprafaţă)

Suprafaţa utilă în subteran –18.000 m2

Compus din trei camere –A, B, C – experimente active

Curs 8

Geologia medicala

„Toate substanţele sunt otrăvuri; nu este nici una care să nu fie otravă. Doza face diferenţa între medicament şi otravă.” Paracelsus (1493-1541).

Factorii de mediu –apa, aerul solul, subsolul, aflaţi în permanentă relaţie cu organismul uman, influenţează în proporţie semnificativă starea de sănătate

Multe elemente chimice ce provin din substrat sunt necesare pentru buna funcţionare a organismului, iar lipsa lor provoacă efecte negative

Concentrarea în exces a unor elemente în mediul geologic poate provoca afecţiuni grave

Geologia medicală:

-abordare interdisciplinară, complexă

-explicarea deteriorării sănătăţii oamenilor datorită excesului sau deficitului anumitor elemente chimice în mediu

Starea de sănătate a omului poate fi influenţată de: mediul inconjurator cu componentele sale a/biotice

- solul cultivat pentru a produce alimente

- rocile utilizate pentru construcţia de locuinţe

- apa şi aerul pot întreţine

-> un echilibru fiziologic corespunzător sau pot genera afecţiuni grave

Materia vie este compusă, în principal, din 11 elemente (elementele majore):

-metale–Na, Mg, K, Ca-hidrogen(H)

-nemetale –C, N, O, P, S, Cl-pentru speciile cu hemoglobină–Fe

Elemente în cantităţi reduse –necesare pentru o funcţionare normală a metabolismului

Elemente minore (oligoelemente)–rol esenţial pentru nutriţie: ⇒F, Cr, Mn, Fe, Co, Cu, Zn, Se, Mo, V, Sn, I

20

Alte elemente se pare că nu au un rol definit în nutriţie şi prezintă forme de toxicitate chiar la concentraţii mici As, Cd, Pb, Hg, unii izotopi din seria radioactivă a U.

Aceste elemente, de cele mai multe ori se acumulează cu vârsta în ţesuturi.

Consecinţele fiziologice ale acestor acumulări:

-în unele cazuri sunt cunoscute

-în alte cazuri sunt complet necunoscute sau prea puţin înţelese

Elementele care produc efecte adverse la concentraţii mici sunt relativ puţin abundente în mediul înconjurător în stare naturala ->

Organismele păstrează un echilibru cu mediul exterior, sunt adaptate la cele abundente le tolerează în cantităţi mici pe cele mai puţin abundente

Paradoxul aluminiului:

-al treilea element ca abundenţă în scoarţa terestră (după oxigen şi siliciu)

-toxic pentru organisme chiar la concentraţii mici

Aluminiul realizează combinaţii chimice foarte stabile în minerale sau în mediul înconjurător ->

Aluminiul este indisponibil pentru organism.

Din aceeaşi cauză:

-aluminiul nu poate fi extras în condiţii economice decât dintr-un singur mineral

-bauxite - hidroxizi care sunt mai labili chimic

Factori care influenţează starea unui organism:

-vârsta

-sexul

-starea fiziologică

-activitatea profesională

-obiceiuri curente

-prezenţa altor substanţe cu potenţial toxic

Ciclul geochimic – deplasarea elementelor chimice (urmând diferite căi) în litosferă, hidrosferă, atmosferă şi biosferă

Eliberarea numeroaselor substanţe chimice:

-procese naturale –erupţiile vulcanice sau alterarea rocilor

-activitatea umană –poluare

Substanţele chimice sunt reciclate în procese geochimice sau litogenetice

Alterarea– procese de dezagregare fizică şi descompunere chimică a rocilor, eliberând în mediul ambiant o mare cantitate de substanţe chimice

pH = 5,7 – apa de ploaie aflată în echilibru cu CO2 atmosferic

pH-ul scade –aport de acizi în atmosferă (emisii de oxizi de sulf)⇓⇓⇓⇓⇓soluţia devine mai agresivă din punct de vedere chimic

Mineralele endogene (formate în interiorul scoarţei)⇓⇓⇓⇓⇓Minerale supergene (minerale noi, stabile în condiţii de suprafaţă, la contactul cu atmosfera şi hidrosfera)

Alterarea rocilor – eliberarea unor cantităţi semnificative de metale grele, care parţial rămân pe loc, parţial sunt transportate spre alte locaţii.

21

Transportul. Deplasarea parţială a mineralelor şi produşilor chimici ai alterării din locul unde au fost generate, sub influenţa agenţilor externi

Principalii factori de transport: apa de suprafaţă şi subterană; aerul

Alterarea controlează chimismul apelor si mobilizează compuşii chimici rezultaţi.

Reţeaua hidrografică desuprafaţă:

-viteză de curgere mare

-transportă substanţe dizolvate, particule aflate în suspensie

Apele subterane:

-se deplasează cu viteză mică

-transportă doar substanţe dizolvate

-substanţele transportate pot să ajungă la suprafaţă prin izvoare

-particulele în suspensie sunt filtrate de mediul poros –apele sunt limpezi

Transportul pe cale aeriană:

-particulele de dimensiuni reduse (prafuri, cenuşă vulcanică)

-vapori şi gaze

Curenţii de aer au capacitatea de a deplasa particulele în suspensie la distanţe apreciabile

Depunerea – în cea mai mare parte, substanţa transportată de către apă ajunge în bazine acvatice închise (lacuri sau bazinele marine).

Concentraţii însemnate de metale grele:

-bazinele lacustre

-zonele de vărsare ale cursurilor de apă în mare

-> alterarea ecosistemului existent

-> bioacumulări periculoase pentru oameni sau alte vieţuitoare

Particulele în suspensie din aer se depun la suprafaţa terenului sau a bazinelor acvatice.

Distanţa între aria de depunere şi sursă depinde de energia agentului de transport şi de dimensiunile particulelor.

Acumularea–concentrarea compuşilor chimici sub influenţa unor procese natural -> produce concentraţii importante în diferite locuri

Zone de acumulare –locul în care compuşii îşi găsesc stabilitatea fizică şi chimică maximă.

Activitatea biologica –vieţuitoarele preiau substanţe chimice din mediu prin:

- respiraţie-compuşi sub formă gazoasă preluaţi de plante şi animale

-particule ce pot fi inhalate de către animale

- ingestie (animale) sau asimilare de către plante

-prin intermediul apei absorbite din sol

Concentrări periculoase ale anumitor elemente în organisme –mecanismul lanţului trofic

Substanţe cu potenţial toxic în sol -> flux de apă -> concentraţia substanţelor în plante poate să fie mai mare decât în sol(bioacumulare) -> plantele consumate de animale ierbivore, substanţele toxice se acumulează în concentraţii mai mari decât cele din plante -> animalele de pradă (se hrănesc cu ierbivore) vor suferi cel mai mult datorită concentrării substanţelor toxice (bioamplificare) -> prădătorii pot fi eliminaţi.

22

ARSENUL

Cunoscut ca otravă, folosit în sinucideri sau crime (mai ales sec. al XIX-lea)

Utilizare medicinală din antichitate până la începutul secolului al XX-lea

Lewisitul folosit în Primul Război Mondial ca gazde lupta (vezicant)

Folosit în agricultură, silvicultură, tratarea lemnului, pigmenţi, industria semiconductorilor

Ocurenţe naturale în apă şi soluri

Compuşii anorganici cu As sunt foarte periculoşi

Arsenul este un metaloid:

-numărul atomic = 33

-masă atomică = 74,92

-densitate = 5.73 kg/m3

-aparţine grupei azotului

-stări de oxidare: -3, 0, +3, +5

Minerale de arsen:

-arsenopirită FeAsS

-realgar AsS

-auripigmentAs2S3i

Conţinut de As în roci: 1,5-2 mg/kg

Conţinut de As în solurile contaminate: 500 mg/kg

Conţinut de As în apă: până la 1-2 μg/l

Peştii marini pot conţine As până la 5 mg/kg

În apă, arsenul apare sub formă de oxianioni ai: As[III]→arseniţi ; As[V]→arsenaţi

As[III] este mai mobil decât As[V] pentru că este mai slab absorbit pe suprafaţa mineralelor

As[V] este mai răspândit în apele subterane deoarece As[III] apare în condiţii anaerobe

Mobilitatea arsenului depinde de:

-mediul oxidant/reducător

-procese de precipitare/disoluţie

-procese de adsorbţie/desorbţie

În condiţii oxidante, As este legat de oxizii metalici în sedimente (adsorbţie).

În condiţii reducătoare, As este eliberat deoarece oxizii se dizolvă.

Procesul de adsorbţie este influenţat de concentraţia de As, potenţialul redox(Eh), pH şi prezenţa unor anioni concurenţi (ex. fosfat).

Marea majoritate a metalelor sunt prezenţi în soluţie sub formă de cationi (Pb2+, Ni2+, Cd2+) care devin insolubili pe măsură ce pH-ul creşte

Arsenul poate să rămână în soluţie la concentraţii relativ ridicate (zeci de μg/l) chiar la valori neutre ale pH-ului

Mobilitatea arsenului este ridicată pe parcursul desfăşurării multor procese naturale: alterare, activitate biologică, emisii vulcanice, activităţi antropice

Arsenul este mobil în condiţii reducătoare: oxianionii As-ului pot avea concentraţii de mg/l, în timp ce alţi oxianionisunt prezenţi în concentraţii de μg/l

23

Seleniul este mobil sub formă de oxianionselenat SeO42 -în condiţii oxidante, dar este imobilizat în condiţii reducătoare

Cromul are un caracteristici similare cu a altor cationi-elemente urmă în condiţii reducătoare, respectiv este relativ imobil la valori neutre ale pH-ului

Surse potenţiale ale expunerii la As:

Naturală(geologică) –AsIII si AsV

Apă de băut –AsV

Alimentaţie –As organic sau anorganic

Industrială (prelucrarea minereurilor de sulfuri) –AsIII

Pesticide –AsV

Medicamente (Trisenox) –As2O3

Tratarea lemnului –Cr-Cu-As

Căi de expunere: -inhalare -ingerare -contact dermic

Toxicitatea arsenului

- Arsenul este o substanţă toxică, doza letală pentru om este de 125 mg

- Ingerarea unei cantităţi de până la 150 μg/zinu crează probleme de sănătate pentru marea majoritate a oamenilor; pentru pacienţii sensibili chiar şi o doză de 20 μg poate fi o problem

- Arsenul este de patru ori mai toxic decât mercurul

- Toxicitatea depinde de cantitatea de arsen ingerată: acută, subacută, cronică

- Toxicitatea cronică este întâlnită în cazul apei potabile

- Majoritatea arsenului ingerat este eliminat din corp prin urină, scaun, piele, unghii, şi respiraţie

- În cazul unor doze ridicate, arsenul este reţinut de ţesuturi şi inhibă activitatea enzimelor celulare

- Aproape toate organele sunt afectate

- Simptoamele clinice apar la un interval de timp după expunere cuprins între 6 luni până la 2 ani sau mai mult, depinzând de doză

Curs 9Geologia medicală - continuare

Oligoelemente si sanatatea

A. Fluorul -element relativ abundent în roci şi soluri – roci magmatice acide, gaze de origine vulcanică, fluide geotermale

-surse de contaminare a solului – activitatea industrială, folosirea de îngrăşăminte chimice

-fluorul din oase şi dinţi generează fluorura de calciu, care măreşte cristalinitatea hidroxiapatitului (Ca5(PO4)·3OH)

-deficienţa şi excesul de fluor provoacă efecte negative:

▪lipsa fluorului –fragilizarea sistemului osos, mărirea incidenţei cariilor dentare

▪doze în exces - fluoroză dentară, la concentraţii mari, fluoroză scheletală

-apa potabilă –una din principalele surse de fluor în organism:

▪1 mg/l – doza optimă

▪peste 1,5 mg/l – doză excesivă (limita OMS)

24

▪4 mg/l –CMA în unele ţări (inclusiv SUA)

-concentraţia optimă – păstrarea sănătăţii dinţilor, reduc incidenţa osteoporozei şi a afecţiunilor coloanei vertebrale

-doze masive – principalul ingredient pentru fabricarea unor otrăvuri pentru rozătoare

-sursă de fluor –consum de ceai sau ape cu conţinut natural de fluor

B. Iodul-concentraţia în rocile endogene este foarte redusă –valoare medie de 0,24 mg/kg

-rocile argiloase cu conţinut de materie organică şi unele calcare –valori mai mari de 40 mg/kg

-sedimentele marine (mai ales recente) sunt mai bogate decât celecontinentale

-în soluri –între 0,1 şi 100 mg/kg

-cel mai important rezervor de iod –bazine marine (conc.medie 58 μg/l)

-îmbogăţirea solului –aerosoli marini, precipitaţii

-ape saline asociate zăcămintelor de hidrocarburi – cantităţi semnificative de iod (pot fi extrase uneori prin procedee industriale)

-ape de suprafaţă – valoarea medie calculată5 μg/l

-deficienţa de iod –afecţiuni ale tiroidei⇓⇓⇓dezvoltare excesivă a glandei tiroide (hipertiroidism) –guşă

1 miliard de persoane din întreaga lume –supuse riscului datorat deficienţei de iod-200 milioane au guşă

-20 milioane suferă de afecţiuni cerebrale survenite în urma lipsei de iod în etapa prenatală şi în copilărie

- deficienţa de iod –avorturi spontane, anomalii congenitale, cretinism endemic

-zone cu deficienţă de iod:

▪regiuni montane cu roci magmatice şi metamorfice

▪zone situate în interiorul continentelor (fărăinfluenţa oceanică)

-prevenire –sare iodată sau comprimate cu iod

-administrare în doze rezonabile (sub formă de sare iodată) –iodul nu produce efecte adverse

C. Zincul-element esenţial –plante, animale, oameni (în timpul dezvoltării)

-excesul în apă sau sol –concentraţii naturale ridicate (mineralizaţii polimetalice), activităţi miniere, metalurgia neferoasă

-cazuri de exces –relativ rare

-cantitate suficientă de zinc în sol –uneori nu este biodisponibil– imobilizat de materia organică, de conţinuturi ridicate în Mg sau P

-deficienţa afecţiuni ale oaselor, încheieturilor şi pielii, scăderea fertilităţii, reducerea capacităţii de regenerare a ţesuturilor în caz de răniri

-zincul şi cadmiul apar împreună în stare naturală – zincul trebuie să fie foarte pur

-> cadmiu (concentraţii mici) –boli ale oaselor, inimii, cancer

25

D. Seleniul-în natură:

0 –insolubil, netoxic, inaccesibil pentru plante şi pentru animale

-2 –H2Se – gaz foarte toxic, foarte reactiv, care se oxidează rapid

+4 –ion selenit, SeO32- –foarte toxic

+6 –ion selenat, SeO42- –foarte solubil

-surse de seleniu:

▪activitatea vulcanică şi alterarea rocilor

▪zăcăminte polimetalice, combustibili fosili (petrol şi cărbuni)

->concentraţii excesive –foarte toxic (intoxicaţii în Africa)

->concentraţii deficitare –mult mai des întâlnite

-zone sărace în seleniu –Se adăugat în hrana animalelor (0,04 ppm)

->concentraţia optimă – până la 0,1 ppm

->concentraţia toxică –peste 4 ppm

soluri acide – formă elementală, insolubilă

soluri alcaline – oxidat la o formă solubilă

-doze optime –efecte pozitive: sistem circulator, reducerea riscului de cancer

-carenţa de seleniu –probleme musculare, încetinirea procesului de creştere, reducerea fertilităţii, afecţiuni ale ficatului, anemie

-concentraţia maximă admisibilă în apa potabilă (OMS) –10 μg/l

-în mod obişnuit, concentraţia în apă este de 1 μg/l

E. Maladia Itai-Itai (vai-vai!)

-bazinul râului Jinzu, provincia Toyama(Japonia) – dezvoltare puternică a industriei miniere în preajma celui de-al doilea război mondial

-apele de mină şi sterilul minier –deversate direct în apa râului

-în aval, în zona de luncă a râului –culturi intensive de orez

-irigarea culturilor cu apă poluată cu metale grele – contaminarea solului din orezării cu Pb, Zn, Cd

-cultivarea orezului:

▪inundarea terenului în perioada de vegetaţie urmată –condiţii reducătoare

▪drenare în vederea recoltării –condiţii oxidante

->Cd în condiţii reducătoare – sulfură insolubilă –CdS

->Cd în condiţii oxidante – forma solubilă CdSO4 –biodisponibil cu acumulare în boabele de orez

-excesul de Cd –afecţiuni ale rinichilor, deteriorarea structurii osoase

-grupa populaţională cea mai afectată –femei vârstnice (care au dat naştere mai multor copii)

-doza zilnică ingerată – de 10 ori mai mare decât doza admisibilă

-200 de femei în vârstă au avut de suferit, iar 65 au murit

-cauzele nu au fost cunoscute până în anii 1960 –în oasele victimelor s-au găsit concentraţii foarte mari de Cd, Zn şi Pb

F) Prafuri minerale

-particule minerale de dimensiuni reduse (μm) –purtate de curenţii de aer

-inhalarea pe termen lung a prafurilor de origine minerală –afecţiuni ale plămânilor –pneumoconioze

-silicoza şi azbestoza26

▪particule de dimensiuni mici (cuarţ şi azbest) în aerul de la locul de muncă (maladii ocupaţionale)

▪industria minieră, industria de procesare a materiilor prime minerale, industria materialelor de construcţii, a ceramicii etc.

-particulele minerale dau naştere unor noduli în plămâni

-nodulii se multiplică şi cresc în dimensiuni – vizibili pe radiografii după ce depăşesc 2-3 mm în diametru

-dificultăţi respiratorii, rezistenţă scăzută la efort, pierderea elasticităţii plămânilor, rezistenţă redusă la infecţii

-particule izometrice (cuarţ):

▪dimensiuni mari –10-100 μm –eliminate prin expectoraţie

▪dimensiuni sub 10 μm –fracţia respirabilă

♦fracţia 5-10 μm –se opresc pe căile respiratorii superioare (eliminate prin tuse)

♦fracţia 0,5-5 μm –reţinute de plămâni, responsabile de silicoză

-macrofage–au capacitatea de a îngloba particulele şi de a le elimina prin intermediului sistemului limfatic; eficienţă limitată

-particule fibroase (azbest):

♦mai puţin de 3 μm diametru, mai puţin de 50-100 μm lungime –reţinute de plămâni

♦nu pot fi înglobate de către macrofage

♦se acumulează în plămâni –poate genera azbestoză şi cancer

-silicoză în zonele deşertice ale globului (Sahara) –„sindrom pulmonar al deşertului”–observat pe mumiile egiptene.

RADONUL-descoperit în 1902 –gaz radioactiv generat de radiu

-mai târziu –nou element chimic din grupa gazelor rare, numit radon

-azi –mai mult de 20 de izotopi ai radonului, toţi radioactivi:

Rn-222 (radon) din seria U-238, timp de înjumătăţire 3,82 zile.

Rn-220 (thoron) din seria Th-232, timp de înjumătăţire 55,6 sec.

Rn-219 (actinon), din seria U-235 (actiniu), timp de înjumătăţire 4 sec.

->provin din izotopi diferiţi ai radiului, aparţinând celor trei familii radioactive

Radonul este asociat substratului geologic:

-ARIILE GRANITICE

-ROCI FOSFATICE-ŞISTURI SEDIMENTARE BOGATE ÎN SUBSTANŢĂ ORGANIC

-ROCI DETRITICE FORMATE PE SEAMA CELOR ANTERIOR MENŢIONATE

Eliberarea radonului din roci şi migrarea spre suprafaţă:

-tipul mineralelor care conţin elementele radioactive

-proprietăţile rocilor ce favorizează transmiterea spre suprafaţă (permeabilitatea, umiditatea rocii)

-condiţii atmosferice (presiune, precipitaţii, vânt)

Cel mai greu gaz din natură (densitate 9,73 g/l) – transportat de apa subterană sau alt gaz (adesea CO2)

-radonul se dispersează rapid în aer

-concentraţii ridicate –spaţii închise (pivniţe), locuinţe neventilate, mine, tuneluri

27

Unitatea de măsură pentru radioactivitate –becquerel(Bq), definită ca o dezintegrare pe secundă; se raportează la volum

-Bq/lîn cazul apei sau a altor lichide

-Bq/mpentru aer sau gaze

Efectul nociv al radonului –emisia de particule alfa

►se deplasează pe distanţe mici în aer

►nu pot să traverseze epiderma

►efectul radonului din mediul ambiant –nesemnificativ

Radonul în interiorul corpului

►inhalare odată cu aerul atmosferic

►ingestie împreună cu alimentele sau cu apa

Efecte asupra organismului:

-deteriorarea ţesuturilor la nivel sub-celular

-ionizări în interiorul celulelor, ce afectează ADN-ul

-dezvoltări anormale ale celulelor, chiar cancer

Inhalarea radonului în interiorul clădirilor – jumătatea din doza de radiaţii încasată de populaţie

Radonul va afecta în primul rând ţesutul pulmonar

În urma dezintegrării:

●radonul ⇒produşi radioactivi solizi

●particulele, mai ales Po-218 se ataşează aerosolilor şi prafului aflat în suspensie în aer

●agregatele pot să pătrundă în plămâni, unde rămân fixate şi contribuie la doza de radiaţii recepţionată de organism

Curs 10Ape subterane

Resursele de apă:

•condiţie esenţială a existenţei şi dezvoltării societăţii umane

•condiţie a existenţei vieţii în general

96,5% din total apă il constituie apă sărată din oceane⇓⇓⇓inutilizabilă pentru necesităţile societăţii.

1,7% din total apă pe Terra il constituie apă subterană⇓⇓⇓mai puţin de jumătate este dulce

1,74% din total apă de pe Terra este imobilizată în gheţari şi zăpezi permanente

85% din apa sub formă solidă –Antarctica

28

2,53% din total apă – resurse de apă dulce

Schimbări climatic ⇒volumul gheţurilor, zăpezilor permanente scade⇓⇓⇓apa din topire ajunge în bazinele oceanice⇓⇓⇓se amestecă cu apa sărată

Care tip de apă este disponibilă în viitor pentru dezvoltarea economică?

Disponibilul este dominat de apele subterane şi cele imobilizate în gheţari

▪apele din gheţari –puţin probabil să poată fi folosite pe scară largă

▪ape subterane şi de suprafaţă (râuri, lacuri) –exploatate în present

Resurse de apă: caracterizate de=>

►volumul resursei

►timpul de rezidenţă–durata de timp medie între pătrunderea unei particule de apă într-un anumit rezervor şi momentul în care particula părăseşte rezervorul în cauză

Timp de rezidenţă pentru ape subterane:

♦medie 1400 de ani

♦variază foarte mult (caracteristici hidrogeologice)

♦zile pentru unele acvifere superficial

♦mai multe milioane de ani pentru ape fosile

Supraexploatare– conduce la imposibilitatea ca rezerva acviferului să se refacă în timp util

-> refacerea potenţialului acviferului poate să dureze mai mulţi ani

Poluarea acviferelor –compromiterea lor pe termen lung:

▪procese naturale de autoepurare–timp foarte îndelungat

▪tehnici de decontaminare –extrem de costisitoare

Ape de suprafaţă:

•cantitate mult mai mică

•timp de rezidenţă redus

•aparent, cantitatea disponibilă este mare

Gestionare riguroasă – evitare a poluării şi a exploatării iraţională

În prezent –creşterea populaţiei şi îmbunătăţirea standardului de viaţă⇓⇓⇓creştere permanentă a necesităţilor de apă ale omenirii⇓⇓⇓mărirea consumului de apă pe cap de locuitor

Ecuaţia bilanţului hidrologic: P = E + S + I (P-precipitaţiile E-evapotranspiraţia S-scurgerea I-infiltraţia)

Precipitaţii –pluviometre (nivometre pentru zăpadă)

Scurgerea – debitul (cantitatea de apă ce străbate secţiunea în unitate de timp)

Evapotranspiraţia, infiltraţia –lisimetrul

29

Curgerea apelor subterane

Volumul rocii:

▫nu este ocupat integral de materiale solide (agregate minerale)

▫rămân spaţii libere –pori/fisuri

Pori–spaţii libere aproximativ izometrice

Fisuri–alungite, spaţiul liber delimitat de două plane aproximativ paralele

Prezenţa spaţiilor în roci defineşte porozitatea

Porii sunt umpluţi cu aer, gaze, apă, vapori, hidrocarburi

n% = (Vg / Vt) * 100 ; n= porozitatea ; Vg= volumul golurilor ; Vt= volumul total

Deplasarea apei în interiorul rocii datorata :

♦porii/fisurile să comunice

♦dimensiunile să fie suficient de mari

Pori cu dimensiuni mari ⇒ fluidele se deplasează mai uşor

Deplasarea fluidelor prin roci defineşte permeabilitatea acestora100%⋅=tgVVn

Relaţia între:

debitul de apă ce străbate un mediu poros şi caracteristicile hidraulice ale acestuia.

Legea lui Darcy: Q = KAi

Poluarea apelor subterane

Primele aşezări umane perene – poluare bacteriană a apelor de suprafaţă şi subterane

Antichitate, Evul Mediu – contaminarea surselor de apă subterană de mică adâncime, a puţurilor casnice, cu microorganisme de la dejecţii animale şi umane⇒mari epidemii

Imperiul Roman –sisteme inovative de:

●aducţiune a apei potabile

●canalizare a apelor uzate

Roma antică –populaţie de circa un milion de locuitori

►resurse de apă comparabile cu oraşele din epoca modernă

Epoca industrială –poluare cu diferite substanţe chimice

◘Poluare:

-difuză –poluare pe arii întinse, distribuţie spaţială largă a surselor

-punctuală –poluanţi eliberaţi pe o arie restrânsă

-liniară – se manifestă în lungul căilor de transport

◘Poluare:

-continuă sau sistematică – de desfăşoară pe intervale mari de timp (luni, ani)

-accidentală – eveniment neprevăzut, derulat într-un timp scurt

Zone de protecţie sanitară şi hidrogeologică

Contaminanţi:

◘natură biologică –virusuri şi bacteria

◘substanţe chimice – activitatea industrială şi agricolă

30

◘aport de energie termică – descărcarea apelor răcite

Instituirea zonelor de protecţie sanitară si perimetrelor de protecţie hidrogeologică -> limitarea posibilităţilor de contaminare

Obiective supuse acestei proceduri:

▪sursele de apă de suprafaţă şi subterane

▪sursele de ape minerale

▪lacuri şi nămoluri terapeuticeÎn funcţie de distanţa faţă de captarea de apă:

•zona de protecţie sanitară cu regim sever

•zona de protecţie sanitară cu regim de restricţie

•perimetrul de protecţie hidrogeologică

Zona de protecţie sanitară cu regim sever

►terenul folosit doar în vederea exploatării sursei de apăorice altă utilizare este interzisă

Zona de protecţie sanitară cu regim de restricţie

►este permisă exploatarea agricolă

►evitarea oricăror activităţi care ar putea producela contaminarea acviferului

Perimetrul de protecţie hidrogeologică

►întreaga arie de alimentare a acviferului

►prevenirea contaminării cu substanţe greu degradabile sau nedegradabile

►prevenirea supraexploatării

Dimensionarea zonelor de protecţie sanitară – două principii:

1. Microorganismele nocive sănătăţii umane în apa subterană –mediu puţin prielnic proliferării lor:temperatură scăzută, lipsa luminii, lipsa nutrienţilor, lipsa oxigenului

►Microorganismele vor înceta să mai existe după 50 de zile petrecute în subteran

2. Posibilitatea de intervenţie în cazul în care s-ar produce o poluare accidentală

►Un anumit interval de timp care să permită realizarea unor lucrări de stopare a penei de poluanţi şi decontaminare – modelare hidrogeologică

-zona de protecţie sanitară cu regim sever – arealul pe care o particulă ideală de apă ce se infiltrează ajunge la lucrarea de captare într-un timp de cel mult 20 de zile

-zona de protecţie sanitară cu regim de restricţie –acelaşi principiu, luând în calcul un timp de 50 de zile

Lucrări practice 1

IMPACTUL ACTIVITĂŢI VULCANICE ASUPRA MEDIULUI ÎNCONJURĂTOR

FACTORI DE RISC

1. Lava

viteza de deplasare a curgerilor este mică (câţiva km/hîn zonele locuite situate la poalele edificiilor vulcanice)

viteza mult mai mare pe pantele abrupte ale aparatului vulcanic, dar acestea nu sunt locuite

predictibilitate–lavele întotdeauna se vor deplasa în jos pe pantă

lave bazice –distanţe mai mari, lave acide–suprafeţe mai mici

lave acide –curg mai greu, se răcesc, se solidifică, constituie adevărate baraje naturale pentru următoarele curgeri de lave

31

evacuarea zonelor susceptibile de a fi afectate de curgerile de lavă

viteza destul de mică–timp suficient pentru organizarea eficientă a evacuării zonei

Tmax.~1200°C, pierderi materiale imense

2. Piroclastite-generate în urma unor erupţii explozive-se împrăştie pesuprafeţemaimarişimairepedeca lava-blocurilemari(blocurile şi bombele vulcanice)constituieun pericoldatoritămasei; cad în apropierea vulcanului-cenuşa vulcanică –materiale cu dimensiuni foarte reduse-cenuşa vulcanică–expulzată în aer la înălţimi mari (kilometri),împrăştiată, cade pe suprafeţe mari-grosimestrate decenuşăla nivelul solului: câţiva mm -peste 10 m-culturiagricoledistruse, scoatere din circuitul economic (ani)-presiune datoratăacumulăriimaterialului piroclastic→prăbuşireaunorclădiri, colmatareaunorizvoare, râuri

-materiale piroclastice extrem de fine →asfixierea oamenilor

3. Curgeri piroclastice sau nori arzători

amestec mai greu decât aerul compus din gaze fierbinţi şi cenuşă

se deplasează descendent pe pantele vulcanului

T>1000oC în interiorul curgerii

vitezade coborâre pe pantele vulcanilor: mai mare de 100 km/h

anticipare dificilă – momentul apariţiei este variabil raportat la perioada de timp cât durează erupţia unui vulcan

peste 70% din decesele înregistrate în urma activităţii vulcanice se datorează curgerilor piroclastice

unda de presiune din faţa curgerii piroclastice ⇒distrugeri materiale

protecţie: evacuarea imediată a zonelor susceptibile a fi afectate

Ex. 1902 Mount Pelée (insula Martinica) –25.000-40.000 morţi sau grav răniţi (700°C,~110 km/h)

4. Curgere noroioasă sau lahar

amestec de produse piroclastice (cenuşă vulcanică) cu apă

curge pe pantele vulcanilor si văi, poate fi rece sau cald

apa: ploi, zăpadă topită, lacuri din crater, cursuri de apă

viteza de deplasare poate să depăşească 100 km/h

efecte pe termen lung: blocarea văilor→inundaţii

Ex. 1985 Nevadodel Ruiz (Columbia) –peste20.000 morţi

EFECTE SECUNDARE

Erupţii vulcanice de mari dimensiuni

↓↓↓↓↓↓

eliberarea unor cantităţi mari de cenuşă vulcanică şi diverse gaze

↓↓↓↓↓↓

impact global asupra climei şi chimismului atmosferei

Produse ale activităţii vulcanice:

aruncate până în atmosfera înaltă

32

împrăştiate pe suprafeţe mari

depunerea cenuşii poate să dureze mai mulţi ani

acţionează ca un ecran în calea razelor solare

A. Tambora (Indonezia), aprilie 1815

zgomotul produs s-a auzit până la o distanţă de 1750 km

produsele piroclastice au ajuns la o înălţime de 20 kmîn aer

100 km distanţă de vulcan–50 cm grosime strat de piroclastite

răcire globală a climei-anul 1816 a fost numit „anul fără vară”

temperaturile medii anuale au fost mai scăzute cu 2-4°C timp de trei ani (America de Nord, Europa)

B. Insula Krakatau (Indonezia), 27 august 1883:

forţa exploziei a 100 milioane tone de dinamită

zgomot auzit până la distanţa de 4800 km

materiale piroclastice până la înălţimea de 80 km

undade şoc a înconjurat Pământul în 35 de ore(de 3 ori)

fracţia fină a cenuşii a persistat în atmosferă timp de 2 ani

temperatura medie la nivelul întregii planete a scăzut cu aproape 0,5°C timp de zece ani

C. El Chichón (Mexic), 1982:

cenuşă şi gaze sulfuroase la înălţimea de 30 km

nori formaţi din particule de acid sulfuric–efect de ecran

temperaturi neobişnuit de mici în luna august (America de Nord)

scăderea temperaturii cu 0,25-0,5°C în emisfera nordică în iarna 1982/1983

D. Mount Pinatubo (Filipine), 9 iunie 1991:

erupţia durat peste doi ani

cenuşă vulcanică, dioxid de sulf, hidrogen sulfurat până la o înălţime de 20 km

cantitate de aproximativ 20 milioane tone de dioxid de sulf

nor stratosferic de acid sulfuric care s-a împrăştiat în jurul Pământului

(concentraţia maximă la Ecuator)

scădere a radiaţiei solare incidente la nivelul solului cu 2-4%

vara neobişnuit de rece a anului 1992 din S.U.A.

E. Insula Thíra (Santorin)–Grecia, ~1500-1550 î.Chr.:

considerată cea mai mare catastrofă vulcanică din ultimele milenii

cea mai puternică explozie vulcanică din antichitate

(de patru ori mai mare decât cea de pe insula Krakatau)

produse piroclastice expulzate în aer la înălţimi de mii de metri

trei nivele de produse piroclastice totalizând 60-70 m grosime

erupţia vulcanului ar fi condus la dispariţia civilizaţiei minoice (?)

erupţia din 1866⇒două insule nou apărute

33

PRECURSORI VULCANICI

ridicarea magmei şi a gazelor spre suprafaţă determină apariţia cutremurelor (pot să iniţiez erupţia)

modificăriale topografiei (creşte unghiul pantei)

modificăriale compoziţieigazelorvulcanice (creşterea cantităţii de SO2);

oprirea emanaţiilor →dop de magmă acidă pe canal

creşterea temperaturii la suprafaţă pământului

CONTROLUL FACTORILOR DE RISC

a) Bombardarea -distrugerea pereţilor canalelor pe care se deplasează lavele

-împrăştierea curgerii, solidificare mai rapidă - Ex. Mauna Loa (Hawaii) în 1942

b)Construirea de bariere artificiale -devierea curgerilor de lavă de mici dimensiuni

Ex. erupţia vulcanului Etna (Italia), 14 decembrie 1991 ameninţa un sat cu o populaţie de 7000 locuitorilava a fost oprită la numai 850 m de sat

c) Răcirea cu apă -răcirea a 0,7 m3 de lavă (1100°C →1000°C)~1 m3 de apă

Ex. Eldjfell (Islanda), 1973lava ameninţa un port (6000 de locuitori) debit apă din ocean 1 m3/s→răcire volum de lavă 60000 m 3150 de zile, costuri deosebit de ridicate, perete de 20 m

EVALUAREA RISCULUI

Managementul riscurilor

– măsuri de avertizare timpurie a populaţiei să asigure evacuarea populaţiei

- implementare a planurilor de urgenţă

Scop: prevederea momentul apariţiei unei erupţii vulcanice?

NU! - preîntâmpinarea producerii unei catastrofe

Studii:

- dacă o erupţie vulcanică se poate transforma într-o catastrofă

- în cât timp efectele catastrofale pot să apară

- care sunt factorii de risc responsabili pentru aceasta

- descrieri detaliate ale manifestărilor vulcanice anterioare

- construirea de scenarii ale unor erupţii viitoare

Lucrări practice 2

HAZARD ŞI RISC SEISMIC - ACTIVITATEA SEISMICĂ PE TERITORIUL ROMÂNIEI

Seismicitatea unui teritoriu

– măsură a energiei seismice eliberată în zona respectivă sau în ariile învecinate, ale cărei manifestări se resimt în teritoriul în cauză

Arii seismice–cu potenţial ridicat de producere a seismelor

Arii aseismice–în care apar seisme locale doar accidental şi lipsite de urmări

Arie seismică–zone cu o tectonică activă(munţi tineri, elemente submarine mobile

Arie aseismică–zone stabile cu scoarţă rigidă, platforme consolidate

34

Evaluarea riscului seismic → caracteristicile mişcărilor seismice dintr-un anumit interval de timp→indici de seismicitate→hărţi de seismicitate

Hărţi macroseismice–intensităţile observate cu ocazia unui cutremur puternic (linii de egală intensitate, numite izoseiste)

Prevenirea riscului seismic

Caracterizarea zonelor cu susceptibilitate seismică:

- magnitudinea maximă ce poate fi atinsă

- frecvenţa evenimentelor seismice-distribuţia spaţială a intensităţilor

- direcţiile preferenţiale de propagare a şocului seismic-comportamentului la scară a substratului

- activitatea de proiectare a construcţiilor

ACTIVITATEA DE PROIECTARE A CONSTRUCŢILOR

- coeficienţi de siguranţă, utilizaţi la dimensionarea fundaţiilor şi a tuturor elementelor structurale ale unei construcţii

Metodede investigare:

1. Anchete macroseismice–corelarea observaţiilor cu intensitatea Mercalli (hartă cu izoseiste)

2. Date instrumentale–seismografe, accelerografe etc.

3. Studiile inginereşti statistice–date colectate prin anchete

4. Studiile inginereşti analitice şi/sau instrumentale–construcţii individuale representative

Unităţi geotectonice majore pe teritoriul României

-Placa Est Europeană (A)

-Microplaca Moesică(B)

-Microplaca Intra-Alpină(C)

România –arie cu seismicitate moderată:

-zone cu seisme de adâncime normală

-o zona cu seisme de adâncime intermediară

Structura geologic Vrancea, hipocentre intermediare

- 97% din totalulenergieiseismicecalculatpentruRomânia

- poziţie izolată faţă de alte arii seismogene

- 4 evenimente seismice cu magnitudine>6,9 grade Richter(1940-1990)

Unda primă (p)

- viteza medie de propagare= 7,8 km/s

- nu este periculoasă pentru structuri (clădiri) deoarece transport aproximativ 20% din energia totală a cutremurului

Unda secundă (s)

- viteza medie de propagare= 4,6 km/s

- este periculoasă, deoarece transportă aproximativ 80% din energia totală a cutremurului

Cutremure intermediare

- adâncime-de la 70-80 km – până la 180-200 km

- corpsolid prismatic cu secţiunea 30×70 km

Cutremure normale

35

- adâncime 20-45 km

- zonă seismică intracrustală

- deplasată spre est

- magnitudine maximă de 5,25 pe scara Richter

Zona seismogenica Vrancea

Cutremure frecvente cu adâncime intermediară (85-180 km), cele mai dese având adâncimea de 130-150 km

Distribuţia generală a epicentrelor si hipocentrelor:

- arie seismogenicăde aproximativ 9.000 km²

- arie seismogenică de aproximativ 2.000 km² pentru cutremurele intermediare

Adâncire treptată a hipocentrelor spre interiorul arcului muntos al Carpaţilor Orientali

de-alungul unei suprafeţe Benioff arcuite şi cu înclinarede 60-65°

Process de subducţie relict (încheiat în urmă cu 8-10 milioane de ani) – subducere a Vorlandului carpatic sub Carpaţii Orientali

- ultima porţiune de litosferă oceanică a fost consumată

- placile litosferice au intrat în coliziune

În ultimii 60 de ani, România a suferit patru cutremure de pământ puternice, cu epicentrul în Vrancea :

-10 noiembrie 1940(M = 7,7; adâncime 140-160 km)

-4 martie 1977(M = 7,5; adâncime 90-100 km)

-30 august 1986(M = 7,2; adâncime 140 km)

-30 mai 1990(M = 6,9; adâncime 80 km)

Se presupune că seismul din 1802 a avut o magnitudine de 8 grade pe scara Richter

Cutremurele care ameninţă Bucureştiul sunt evenimente de sunt adâncime intermediară, cu magnitudini apropiate de 7 grade pe scara Richter.

Cutremurul din 4 martie 1977

-ora 21 şi 22 de minute, adâncimea focarului 90-100 km

-magnitudine 7,2 pe scara Richter, IX pe scara Mercalli în Bucureşti

-preşoc şi 3 şocuri principale (ultimul, cel mai puternic)

-rupturi pe un traseu curb, la adâncimi de 93-102 km

- viteza de propagare a fracturării a fost de 4,7 km/s

-NE-SV –direcţia principală de propagare a undelor

-reactivare de falii⇒eliberare de energie suplimentară

-a provocat moartea a 1578 de persoane, din care 1424 în Bucureşti

-peste 11300 persoane accidentate (90 % în Bucureşti);

- 32900 clădiri prăbuşite sau avariate grav

- 35000 familii au rămas fără adăpost

-pierderi materiale de peste 2 mld. $ (peste 1,6 în Bucureşti)

Bucureşti – structură geologică slabă care amplifică cutremurele:

♦stratul dur –1500 de metri adâncime

♦spre suprafaţă –strate de argile, nisipuri şi pietrişuri

36

♦cinci niveluri de pânze freatice

Fenomene speciale associate

A. Fenomene geologice

-fracturi şi fisuri în sol (deschidere de la mm la 25 cm)

-tulburarea apelor subterane şi de suprafaţă

-modificarea nivelului hidrostatic

-ţâşnirea apelor din adâncime (înălţime de la 0,5 la5 m)

-apariţia de noi izvoare

-creşterea debitului de petrol la unele sonde

-emanaţii de gaze şi vulcani noroioşi

- alunecări de teren

B. Fenomene geofizice

- fenomene luminoase

- modificări ale concentraţiei de radon

C. Fenomene biologice

-comportamentul neobişnuit al unor animale (1565 localităţi)

- 670 manifestări anterioare, 895 în timpul cutremurului

Avertizare seismică pentru Bucuresti

- staţionaritatea în spaţiu a hipocentrelor –foarte aglomerate (cutremurele mari se produc întotdeauna în aceeaşi arie geografică, de mici dimensiuni)

- staţionaritatea modelelor de radiaţie (ca mecanism de propagare)

- distanţa epicentrală relativ mare până la Bucureşti (130 km)

Lucrări practice 3

ALUNECARI DE TEREN - STUDIU DE CAZ

Lacul de acumulare Vajont

Localizare -NE Italiei –Alpii Dolomitici -100 km N de Veneţia

Rol: produce energie electrica pentru alimentarea oraşelor Milano, Torinoşi Modena

Istoric: -propunere-1920 -începere lucrări-1957 –finalizare lucrări-1960

Caracteristici geometrice:

-în formă de arc

-înălţimea -261,60 m

-grosimea la bază -22,11 m

-grosimea pe coronament-3,40 m

-lungime-160 m

-volum de apă -168 milioanem3

Structura geologică:

- Valea Vajont–chei înalte şi foarte înguste

- sinclinal tăiat de vale

37

- stratigrafie:

-calcare Jurasic mediu

-calcare şi argile Jurasic superior

-formaţiuni fin stratificate –calcare, argile Cretacice şi Terţiare

Unii specialişti menţionau posibilitatea prezenţei unor alunecări de teren vechi

Treiforaje executate – Prospecţiunile seismice -> prezenţa unor structuri stabile

Desfăşurarea evenimentelor:

- Februarie 1960 -umplerea lacului de acumulare

- Martie1960-nivelulapei de 130 m deasupra văii -deplasări de teren înmalul stâng

- Octombrie1960-nivelul apei de 170 m-viteza de deplasare a terenului 3,5 cm/zi-fractură cu o lungime de 2 km

- 8 noiembrie 1960-nivelul apeide 180 m-volum de 700.000 m3de roci a alunecat în lacul de acumulare-aproximativ 10 minute

- Ulterior -nivelul lacului de acumulare a fost coborât încet până la 135 m-viteza de deplasare a terenului 1 mm/zi

- Până în octombrie 1963-două ridicări şi două coborâri a nivelului apei-viteza alunecării a putut fi doar parţial controlată

Umplerea şi golirea lacului de acumulare - Drenarea apei cu ajutorul unor tuneluri => controlul vitezei alunecării de teren => chiar dacă ar bloca o secţiunea lacului de acumulare

Volumul de apă rămas ar fi fost suficient pentru generarea de energie electric.

Pe malul drept a fost săpat un tunel de legătură între cele două posibile zone.

Cauzele apariţiei alunecării de teren:

- mişcareaa avut loc de-a lungul nivelelor de argile cu grosimi de 5-15 cm,intercalate între formaţiunile calcaroase

- creşterea nivelului lacului de acumulare a determinat o creştere a presiunii apei în porii argilelor⇒cresterea fortei la forfecare

- scăderea nivelului în lacul de acumulare a condus la apariţia unei presiuni hidraulice datorată fenomenului de drenare a apei

- scăderea bruscă a rezistenţei la forfecarea ⇒ deplasarea instantanee a volumului de rocă

- căldura rezultată ca urmare a frecării ce avut loc în nivelele de argilă⇒viteza mare de deplasare a rocilor

Lucrări practice 4

ACCIDENTUL NUCLEAR DE LA CERNOBÂL (UCRAINA)

Importanţa energeticii nucleare: 1 g de uraniu = 2,7 tone de cărbune

Pentru producerea a 1500 MW/zi: 7,2 kg U-235; 20.000 t cărbune

Nuclee candidate pentru a fi combustibil nuclear

– materiale fisionabile: U-233, U-235, Pu-239, Pu-241

U-235 – singurul izotop natural fisionabil de neutroni termici

Uraniul natural: 0,0054% U-234; 0,716% U-235; 99,275% U-238

38

U-233 si Th-232 sunt obţinuţi prin expunerea la fluxuri de neutroni din Pu-239 si U-238U-238 (care sunt materiale fertile)

Ex. reactor cu apă uşoară

-combustibil nuclear – 3% U-235, 97% U-238

-după trei ani –1% U-235, 1% Pu-239

-separare din combustibilul descărcat →prepararea de ansambluri combustibile

Caracteristici:

- centrala este situată la aproximativ 100 km de Kiev

-reactor de tip RBMK-100

-U este plasat în tuburi de forţă (de presiune) traversate de apa de răcire a circuitului primar

-apa se transformă în vapori datorită trecerii ei prin tuburi; vaporii alimentează direct turbina

-grafitul constituie materialul folosit pentru frânarea neutronilor

-inima reactorului: 1900 tuburi –8 din 9 tuburi conţin creioanele de U, al 9-lea este o bară de reglaj care controlează reacţia

-reactorul conţine o serie de orificii care permit încărcarea şi descărcarea materialelor radioactive în timpul funcţionării la T şi P maxime –reactorul era folosit şi pentru obţinerea plutoniului utilizat în aplicaţii militare

-reactorul are un circuit cu două bucle alimentând fiecare cu vapori câte un grup turbină-alternator

-apa de răcire este trimisă la reactor prin 8 pompe (2 de rezervă)

-amestecul apă + vapori care iese din reactor ajunge într-un separator, vaporii fiind dirijaţi spre una din cele două turbine

-la ieşirea din turbină vaporii sunt recuperaţi şi condensaţi pentru a retrimite apa în circuitul primar

-la funcţionarea maximă, o unitate are o putere termică de 3200 MW; aceasta e transformată de turbo-alternatoare într-o putere electrică de 1000 MW

Derularea accidentului:

-a avut loc în data de 26 aprilie 1986 la ora 1.23, la unitatea 4

-a avut loc în cursul desfăşurării unui test: era vorba de a verifica dacă în cazul unei deconectări de la reţea a grupurilor turbo-alternatoare (acestea aflându-se în incapacitate de a furniza energie electrică centralei), inerţia rotorului grupurilor permite alimentarea electrică a pompelor de răcire ale reactorului înainte de pornirea motoarelor Diesel de siguranţă

Au fost delimitate 6 etape în derularea accidentului:

a) Otrăvirea cu xenon

-în dimineaţa zilei de 25 aprilie, puterea reactorului este redusă până la atingerea valorii de 50%, moment în care o turbină este oprită; circuitul de răcire de urgenţă este oprit

-la cererea autorităţii de control de la Kiev, unitatea este menţinută la acest nivel de putere până la ora 13.00 contrar derulării testului; această funcţionare prelungită duce la „otrăvirea cu xenon” a inimii reactorului provocând o reducere a reactivităţii reactorului

b) Scăderea neprogramată a puterii

-obiectivul era de a atinge 800 MW, moment în care a doua turbină era scoasă din funcţiune

-operatorul a debranşat sistemul de comandă automat pentru a reduce manual puterea; din cauza unei manevre greşite, descreşterea a avut loc mult prea repede, ajungându-se la 30 MW

39

c) Functionarea interzisă la putere scăzută

-pentru a creşte puterea, responsabilii centralei au extras manual barele de reglaj reducând cu mai mult de jumătate marja de siguranţă sub care este interzis sa se coboare

-în data de 26 aprilie la ora 1.00 puterea reactorului a putut fi mărită la 200 MW dar nu mai mult datorită otrăvirii cu xenon

-la acest nivel de putere reactorul devine instabil şi dificil de pilotat

d) Retragerea excesivă a barelor de reglaj

-la orele programate 1.03 şi 1.07 au fost puse în funcţiune cele două pompe auxiliare, debitul apei de răcire spre inima reactorului crescând mult; acest lucru a avut ca efect:

√descreşterea cantităţii de vapori şi implicit descreşterea reactivităţii; pentru menţinerea puterii în continuare operatorul retrage manual barele de reglaj

√nivelul apei şi presiunea scad în separator sub limitele admise; pentru continuarea testului, dispozitivul de oprire de urgenţă este scos din funcţiune

- la ora 1.22 operatorul consideră că presiunea e stabilizată şi decide începerea testului; la acest moment doar 6-8 bare din minimul de 30 reglementare erau încă inserate

e) Blocarea opririi automate a reactorului

- operatorul a blocat semnalul care ar fi trebuit să oprească automat reactorul în momentul în care al doilea grup turbo-alternator a fost scos din funcţiune

-la ora 1.23 şi 04 secunde turbina a fost deconectată de reactor, temperatura apei a crescut mult provocând fierberea ei, cu atât mai rapid cu cât pompele alimentate de alternator şi-au redus viteza

-vaporii prezenţi în reactor au determinat creşterea reactivităţii şi a puterii nucleare care la rândul ei a cauzat apariţia a şi mai mulţi vapori, fenomenul devenind cumulativ

-la ora 1.23 şi 21 secunde sistemul de reglare automată a încercat să intervină prin coborârea barelor de reglaj, dar la acel moment un număr prea mare de bare fuseseră deja extrase

f) Explozia

-la ora 1.23 şi 40 secunde operatorul a decis să acţioneze oprirea de urgenţă dar era prea târziu; la acest tip de reactor sunt necesare aproximativ 20 de secunde pentru ca sistemul să fie eficient

- puterea nucleară a continuat să crească extrem de repede (de 10 ori pe secundă) şi în mai puţin de 4 secunde a depăşit de câteva sute de ori puterea maximă a reactorului

-barele de combustie s-au dezagregat, contactul intim între apa de răcire şi fragmentele supraîncălzite (2000-4000°C) a cauzat creşterea bruscă a presiunii de vapori

-la ora 1.24 o parte a tuburilor de forţă au explodat, dala de 1000 tone ce acoperea reactorul a fost aruncată în aer, tuburile de forţă au fost expulzate, zidurile şi acoperişul au fost distruse, bucăţi din combustibil şi din blocurile de grafit supraîncălzit au fost aruncate din reactor şi pornesc incendiul

Protecţia metalică a reactorului a fost distrusă, la contactul combustibilului incandescent cu aerul cele 2000 tone de grafit au luat foc; acesta va continua să ardă până în data de 6 mai ducând la expulzarea de produse radioactive.

- aproximativ 336.000 de persoane evacuate personae

Raport (2005) - Agenţia Internaţională a Energiei Atomice (IAEA)

Organizaţia Mondială a Sănătăţii (WHO)

-56 de decese directe (47 de lucrători şi 9 copiii cu cancer tiroidian)

40

-6,6 de milioane persoane foarte expuse

-din acestea, mai mult de 9.000 persoane pot muri din cauza unei forme de cancer

-4.000 de cazuri de cancer tiroidian între copiii diagnosticaţi în 2002

Lucrări practice 5

ENERGETICA NUCLEARĂ IN ROMÂNIA

Exploatări miniere de uraniu din România

A. Sucursala Bihor

-ianuarie 1952 –Societatea Româno-Sovietică„Kvartit”

-anomalii mari în văile Băiţa (Carierele 1 şi 2) şiArieşul Mic (puţul75 şi galeria 10)

- zăcământul Băiţa – cel mai mare zăcământ de uraniu din lume aflat la suprafaţă, exploatat aproape în totalitate

- zăcământ hidrotermal asociat unui magmatism laramic (banatitic)

- roca gazdă: gresii metamorfozate, uneori rubanate, de culoare cenuşiu deschis sau rozalie

-corpuri tabulare şi lentiliforme, conţinut 1,13-1,26% U

-în prezent activitatea minieră de exploatare a încetat

B. Sucursala Banat

-1952 –începutul activităţii de exploatare

-zăcământul Ciudanoviţa–cantonat în gresiile permiene

-roca gazdă: şisturi argiloase bituminoase, microconglomerate, gresii

-corpuri tabulare şi lentile alungite, impregnaţii şi fisuri mineralizate

-sursa uraniului –vulcanite riolitice permiene

-în prezent –operaţiuni de închidere a lucrărilor miniere şi ecologizare a suprafeţelor afectate de exploatare

C. Sucursala Suceava

-1965 –evidenţiază şi conturează zăcământul de uraniu Crucea-Botuşana

-1983 – Exploatarea Minieră Crucea; două mine –Crucea şi Botuşana

- zăcământ hidrotermal –filoane, mici cuiburi, filonaşe

- roca gazdă: roci metamorfice –micaşisturi, gnaise

-mineralul de uraniu este pechblenda asociată cu materie organică

-compozia chimică a pechblendei: 82,29% UO2, 0,68% FeO, 1,64% PbO

-în prezent –activitate de restructurare, de modernizare, reutilare şi retehnologizare

D. Sucursala Feldioara

-uzină de prelucrare a minereului de uraniu

-compusă din două module:

▪tip R (1978) – măcinarea şi concentrarea minereului – capacitate anuală de 300 t U (U3O8)

▪tip E (1986) –prelucrarea concentratului uranifer până la o calitate nucleară – capacitate anuală 300 t U (UO2)

-produce pulbere sinterizabilăde dioxid de uraniu –materia prima pentru combustibilul nuclear necesar centralelor nuclearo-electrice tip CANDU

-în prezent –producţie de 100 t U (U3O8) pentru modulul tip R şi la cererea fabricii de combustibil nuclear pentru modulul tip E

41

Societatea Naţională NUCLEARELECTRICA S.A.

-producerea de energie electrică pe cale nucleara

-producerea combustibilului nuclear

-dezvoltarea investiţiilor pe amplasamentul centralei nucleare de la Cernavodă

Fabrica de Combustibil Nuclear de la Piteşti

-combustibil nuclear de tip CANDU 6

-capacitate de producţie 110 t U/an

Centrala Nuclearo-electrică de la Cernavodă

-unităţile 1 şi 2 funcţionale

-unităţile 3, 4 şi 5 în conservare

-reactorii sunt de tip PHWR

-capacitate netă de 706,5 MW

-furnizare energie commercial:

♦unitatea 1 –2 decembrie 1997

♦unitatea 2 –5 octombrie 2007

Un reactor CANDU 700 MW conduce la o economie de 1,4 milioane tone ţiţei şi peste 100 milioane $.

In România, cele mai importante cantităţi de deşeuri nucleare sunt constituite din:

• combustibilul nuclear uzat de la CNE - Cernavodă

•deşeurile operaţionale de la CNE – Cernavodă

•deşeurile provenind din dezafectarea CNE – Cernavodă

•combustibilul uzat de la reactorul TRIGA de la SCN –Pitesti

•deşeurile operaţionale de la reactorul TRIGA de la SCN –Pitesti

•deşeurile provenind din dezafectarea reactorului TRIGA de la SCN –Pitesti

•fragmente de combustibil uzat de la LEPI de la SCN –Pitesti

•combustibilul nuclear uzat de la reactorul de cercetare VVR-S – IFIN-HH Măgurele

•deşeurile din dezafectarea reactorului de cercetare VVR-S – IFIN-HH Măgurele

•deşeuri radioactive instituţionale

•surse radioactive închise uzate

•deşeuri provenind din procesul de minerit şi prelucrare a minereurilor de uranium

Sursele de combustibil nuclear ars de la noi în ţară sunt:

-reactorii CANDU de la CNE Cernavodă

-reactorul TRIGA şi Laboratorul de Examinări Post-Iradiere (LEPI) de la SCN Piteşti

-reactorulVVR-S de 2 MW de la Măgurele, deţinut de Institutul de Fizică şi Inginerie

Nucleară„HoriaHulubei”(IFIN-HH)

Reactorulde la Măgurele(IFIN-HH):

-în1997,închis definitiv

-în2002,guvernula hotărât dezafectarea lui

România a optat pentru ciclul deschis de combustibil:

42

-combustibilului ars (spent nuclear fuel –SNF) nu este reprocesat

-combustibilul ars este considerat drept deşeu radioactiv

Obiectivul managementului deşeurilor radioactive în România:

„gestionarea deşeurilor radioactive în condiţii de securitate, într-o manieră care să protejeze sănătatea oamenilor şi a mediului înconjurător, în present şi în viitor, fără să impună problem tardive generaţiilor viitoare”

◙Responsabilitatea pentru stocarea SNF aparţine instituţiei care operează centrala

Nuclear sau reactorul de cercetare până când este transferată organizaţiei însărcinată cu depozitarea pe termen lung sau depozitarea finală, sau până când este returnat ţării de origine, dacă există un astfel de aranjament bilateral.

◙Managementul SNF, inclusive transportul, trebuie autorizat şi se poate desfăşura

Numai în accord cu reglementările interne şi internaţionale

◙Importul de SNF este interzis

ANDRAD (Agenţia Naţională pentru Deşeuri Radioactive) –autoritatea naţională competent în domeniu lcoordonării la nivel naţional a procesului de gestionare în siguranţă a combustibilului nuclear uzat şi a deşeurilor radioactive, inclusiv depozitarea definitivă.

Managementul deşeurilor nucleare produse la CNE Cernavodă:

-deşeurile gazoase şi lichide apoase sunt colectate, filtrate/purificatede sisteme dedicate şi apoi sunt evacuate în condiţii de siguranţă în mediul înconjurător

-deşeurile lichide organice sunt pretratate(colectare şi sortare în funcţie de criteriile depozitării intermediare), tratate (absorbţie într-o structură polimerică), împachetate în butoaie de oţel inoxidabil şi stocate intermediar

-deşeurile solide sunt pretratate(colectare, separare), tratare (reducerea volumului prin compactare şi sfărâmare) şi depozitate în condiţii de siguranţă

Depozit pentru deşeurile radioactive solide – CNE Cernavodă

► capacitatea curentă de depozitare a clădirii de beton este de 46 reactor-an

După extragerea din reactorul nuclear:

- prima etapă de răcire – combustibilul uzat este depozitat subacvatic lângă reactor

- după 6 ani –combustibilul este transferat în depozitul de stocare intermediară uscată

Depozit pentru stocarea intermediară uscatăa combustibilului nuclear ars (DICA):

- tehnologie AECL (producător CANDU), implementată în condiţiile de la Cernavodă

-inaugurarea primului modul –mai 2003; în prezent există 3 module

-capacitatea totala – depozitarea combustibilului uzat de la unităţile 1 şi 2 pentru 50 de ani

-poate fi dezvoltat pentru depozitarea deşeurilor rezultate de la 4 reactori

Deşeuri ale reactorilor de cercetare(conform contractelor):

♦Piteşti–combustibilul de tip HEU a fost returnat SUA

♦Măgurele–combustibilul trebuie returnat Rusiei

Deşeurile radioactive instituţionale ale SCN Piteşti şi IFIN-HH Măgurele sunt procesate şi condiţionate on site.

43

IFIN-HH este responsabil pentru transportul deşeurilor instituţionale la Depozitul Naţional de Deşeuri Radioactive de la Băiţa Bihor (operat de IFIN-HH):

√ 1986–prima depozitare

√ depozitarea va continua până în 2040

Strategia naţională pentru managementul pe termen mediu şi lung a combustibilului nuclear uzat şi a deşeurilor radioactive:

▪ realizarea până în 2014 a depozitului pentru deşeurile de tip L&ILW

▪ realizarea până în 2055 a depozitului geologic pentru deşeurile de tip HLW

▪îmbunătăţirea caracteristicilor tehnice şi de siguranţă a depozitului de la Băiţa Bihor

Depozitului pentru deşeurile de tip L&ILW:

1992-2000 –alegerea modelului de depozitare cu bariere multiple

2000-prezent –investigaţii asupra locaţiei Saligny(jud. Constanţa)

propunerea unui model conceptual

pregătirea documentaţiei pentru obţinerea licenţei

Depozitul Naţional de Deşeuri Radioactive (DNDR) de la Băiţa Bihor

►Veche mină de uranium

►Proiectat să depoziteze 21.000 butoaie

►Capacitate butoi –220 litri

►Timpde funcţionare –40 de ani

►În prezent –~6.000 butoaie (30% din capacitate)

►Materiale folosite – bentonită, lemn, bolţari

Bentonită

-material de umplere, barieră inginerească

-plasticitate şi capacitate de absorbţie foarte bune

Lemn

-între butoaie Bolţari

-închiderea galeriei după umplere

Lucrări practice 6

CONTAMINAREA APELOR SUBTERANE CU ARSEN

BANGLADEŞ

În anii 1970-guvernul si OMS au început un program de realizare a alimentării cu apă din puţuri de mică adâncime (pentru a înlocui alimentarea cu apă de suprafaţă)

- au fost construite puţuri de suprafaţă asigurând alimentarea cu apă a peste 97% din populaţia Bangladeş

În anii 1980 - au început să apară primele probleme de sănătate ale populaţiei

În anii1990 - s-a făcut asocierea între problemele de sănătate şi contaminarea cu arsen

În prezent - se consideră că este cel mai grav caz din istorie de otrăvire în masă a unei populaţii (numărul cel mai mare de persoane)

- se consideră că mai multe zeci de milioane de persoane sunt supuse riscului de îmbolnăvire datorită consumului de apă contaminată cu nivele ridicate de arsen

44

Problema contaminării apei cu arsen este prezentă şi în alte ţări ale Asiei: India (Bengalul de Vest), China, Cambogia, Nepal, Pakistan,Vietnam, Taiwan.

Peste 60 de milioane de oameni trăiesc în zone contaminate cu arsen.

Bangladeş - Localizat în Bazinul Bengal din sudul Asiei

Suprafaţa –144.000km2

Densitatea de populaţie foarte ridicată

-aprox. 140 milioane oameni

-aprox. 2.000 persoane/km2

Grad de alfabetizare–41%

53% din populaţie se aflăsub pragulde sărăcie

Principala activitate economică –agricultura (orez)

Probleme: zone inundabile, boli asociate consumului de apă infectată, poluarea apei datorată utilizării excesive a pesticidelor, contaminarea apei subterane cu arsen, degradarea solului

Complex deltaic Gange-Brahmaputra-Meghna

80% din suprafaţă este de tip câmpie aluvială

Zonă mlăştinoasă, păduri de tip mangrove

Cursurile de apă sunt alimentate din zonele înalte (inclusive Himalaya)

Lungimea zonei costiere –700 km

Sunt prezente 250 de râuri

Climă tropicală:

-veri foarte calde şi umede, ierni blânde

-perioade musonice cu ploi calde

-cantitate de precipitaţii –1100-5690 mm/an

-ciclonitropicali, tornade, inundaţii în perioadele musonice

Constituţia geologica

Holocen-formaţiuni aluviale – nisipuri, siltite, argile cu materie organică descompusă-acviferefreatice

Pleistocen-argile roşii şi gresii cu noduli feruginoşi, paleosoluri

Pliocen-gresii colorate, argile cenuşii, gresii conglomeratice, lemne silicifiate-acvifere adânci

Miocen-argile cenuşii, gresii grosiere cenuşii cu ligniţi-acvifere de mare adâncime

Oligocen-gresii

Eocen-calcare, gresii, şisturi argiloase fosilifere

Paleocen-gresii

Cretacic-roci vulcanice, gresii şi şisturi argiloase

Permian-gresii cu şisturi argiloase şi cărbuni

Precambrian-granite, granodiorite, gnaise, şisturi metamorfice

Acvifer Holocen

-conţine 6% materie organică

-condiţii anoxice, reducătoare

-sedimente depuse în urmă cu mai puţin de 11.000 deani

-nu au fost spălate în timpul ultimei glaciaţiuni(în urmă cu 18.000 de ani)

45

-conţinutmare de arsen

Acvifer Pleistocen

-nu conţine materie organică

-condiţiioxidante

-sedimentevechi, depuse cu peste 25.000 de ani în urmă

-au fost spălate în timpul ultimei glaciaţiuni datorită gradientului hidraulic ridicat

-conţinut foarte mic sau deloc de arsen

Studiu hidrochimic–la nivel naţional (1998-1999)

- probare aleatoare, uniformă

-probare a 3.534 puţuri

-conţinut As: <0,25-1670 μg/l

-media –55 μg/l; mediana–4 μg/l

-24% din probe sub limitade detecţie

-42% peste limita OMS (10 μg/l)

-25% peste limita naţională(50 μg/l)

-53 din 61 de districte conţin cel puţin un puţ care depăşeşte limitan aţională

-valori mai ridicate în sud şi sud-est, valori mai scăzute în nord şi nord-vest

-variaţii la scară mică (chiar în limitele unui singur sat)

Nu există apă contaminată cu arsen sub formaţiunile de terasă Pleistocen şi în regiune deluroase (acvifere adânci)

Concentraţii ridicate în acviferele de suprafaţă şi în regiunile deltaice sau câmpiile aluviale

Conţinuturile de arsen sunt puternic dependente de adâncimea puţurilor

Concentraţia maximă se înregistrează între 15 şi 40 m

Desorbţie din Fe(OH)3 (reducerea hidroxidului de fier)

- Se presupune că arsenul este prezent în sedimentele aluviale

- Cea mai mare concentraţie apare în hidroxizii de fier care înconjoară granulele din gresie

- Sedimentele au fost erodate de văi din zonele înalteşi depuse în zona de deltă

- Eroziunea a avut loc în timpul coborârii nivelului mării pe parcursul ultimei glaciaţiuni

- Materia organică depusă odată cu sedimentele a acţionat ca reducător pentru hidroxidul de fier cu arsen, eliberând arsenul în apa subterană

- Conţinutul mare de arsen din apele subterane se datorează unui proces natural

- Arsenul este prezent în apă de mii de ani, fără a fi spălat din sedimentele deltaice

Ipoteza oxidării sulfurilor

Arsenul este prezent în sulfuri (pirită, arsenopirită) care au fost depuse în sedimentele acviferului

Datorită exploatării apei subterane, nivelul freatic a coborât

Sulfurile au fost oxidate în zona vadoasă (aerată), iar arsenul a fost adsorbit în hidroxizi de fier

În perioadele de creştere a nivelului freatic, arsenul a fost eliberat din hidroxidul de fier în apa subterană

Arsenul are o origine naturală, dar procesul de mobilizare se datorează activităţii umane

46

Posibile surse

- Suprafaţa mare şi distribuţia zonelor afectate sugerează posibilitatea existenţei mai multor surse de arsen responsabile pentru contaminare

- Nu este necesară existenţa unor minerale cu conţinuturi ridicate de arsen

- Valorile de peste 50μg/l pot rezulta din mobilizareaarsenului prezent în cantităţi mici

- Rocile aflorimentelor din zona munţilor Himalayaconţin până la 0,8% As

- Zăcămintele de cărbuni conţin până la 200 ppm

- Zăcămintele de metale comune de pe cursul superior al râului Gange (India) conţin minerale de arsen

Fertilizatori–fosfaţi

Mecanism al mobilizării arsenului:

-Fertilizatorii reprezintă sursa de arsen -conţinutul variază în intervalul 2-200 mg/kg

- Schimb eficient al ionului PO4-cu As din Fe(OH)3 -eliberarea arsenului în mediul înconjurător

1993– legătura dintre apariţia unor boli şi contaminarea cu arsen în Bangladeş

Aproximativ 35 de milioane de persoane (28% din totalul populaţiei) locuiesc în zone cu risc de îmbolnăvire datorată contaminării cu arsenEstimare a numărului de decese din cauza cancerului peste în 50 de ani: 326.000.

În urina pacienţilor există depăşiri ale conţinutului de arsen cu 100-1.500%98% din pacienţi au un conţinut de arsen în piele care depăşeşte cu 100-150% nivelul permis.

Simptoame ale arsenicozei:

-melanoză–îngroşarea pielii (asemănătoare bătăturilor)

-keratoză–apariţia unor formaţiuni de tip neg

-hiperpigmentare–culoare închisă a pielii-carcinom

–cancer de piele

Alte afecţiuni:

•Ficat– mărire a organului, icter, ciroză, hipertensiune portal

•Sistem nervos–neuropatie periferică, slăbirea auzului

•Sistem cardiovascular– hipertensiune arterial

•Sistem respirator–tuse, greutate în respirare, cancer

•Sistem endocrin–diabet, guşă

•Sistem renal–cancer de rinichi şi de vezică urinară

Metode de filtrare a apei contaminate cu arsen

Metode de separare chimică a arsenului

- coagularea fierului cu o etapă de preoxidare

-randamentul de purificare este de aproape 99%

Metoda Alum

- metodă ieftină de eliminare în proporţie de 70% a arsenului

- o pânză conţinând 300-500 g de alumină este scufundată timp de 12 ore într-un recipient cu apă cu arsen

- cele 2/3 superioare ale recipientului cu apă sunt separate prin decantare sau cu ajutorului unei pânze duble

- 1/3 inferioară conţine arsen şi nu poate fi folosită ca apă potabilă

Coloane de filtrare cu argilă conţinând oxid feric şi dioxid de mangan

-coloanele cu material filtrant sunt ataşate părţii superioare a puţurilor47

- elimină o cantitate semnificativă de arsen din apă având un debit de 90-110 ml/min.

-capacitatea de filtrare a unei coloane este de până la 5.000 litri

Alte metode:

-folosirea unor membrane şi a osmozei inverse

-folosirea răşinilor schimbătoare de ioni

-aerare şi filtrare

Filtru SONO (premiat în 2007) – asigură filtrarea apei pentru 1-2 familii

- sistemul este compus din două butoaie dispuse unul peste celălalt

- butoiul superior conţine nisip grosier de râu (pentru reţinerea particulelor grosiere) şi matrice compozită de fier (înlăturarea arsenului anorganic)

- butoiul inferior conţine - nisip grosier de râu şi cărbune de lemn (înlăturarea altor compuşi anorganici) si -nisip fin de râu şi bucăţi de cărămidă (înlătură particulele fine şi stabilizarea debitului)

Caracteristici ale filtrului SONO:

♦cost redus 40 $/filtru

♦materiale locale

♦debit 20-30 l/oră

♦fără etapă de pretratare

♦metodă nechimică

♦înlătură fier, mangan, metale grele, nitraţi, nitriţi, alţi anioni

♦timp de utilizare –5 ani

♦întreţinere – schimbarea sau spălarea stratului superior de nisip (o dată pe an)

♦conţinutul de arsen al apei filtrate este mai mic decât normele OMS

♦fără consum de energie

Regiunea SV a Taiwan–una din cele mai bine studiate zone

Probleme de sănătate:

-„boala piciorului negru”–boală vasculară periferică

-hiperkeratoză, cancer de piele

- cancer de vezică urinară, cancer de plămâni

Studiu din 1989:

- 42 localităţi rurale din regiunea costieră (SV Taiwan)

- 27 localităţi din cele 4 districte care erau cunoscute ca o zonă endemică pentru „boala piciorului negru”

- 15 localităţi din 2 districte estice, nestudiateîn trecut

-cazuri de cancer din registrele locale

Lucrări practice 7

PROBLEME DE GEOMEDICINĂ PROBLEME IN ROMÂNIA

APE SUBTERANE CONTAMINATE NATURAL CU ARSEN

Cadrul geologic şi hidrogeologic

- apariţia formaţiunilor metamorfice şi eruptive doar pe rama bazinului şi cu totul izolat în rest

48

- existenţa emisiilor de CO2şi a apelor minerale carbogazoase, ca mărturie a activităţii vulcanice în perioade relativ recente

- prezenţa apelor termale pe areale largi, în toată partea de vest a ţării, cantonate în formaţiuni detritice sau carbonatice

- formaţiunile miocene au o poziţie monoclinală cu înclinare spre vest, ceea ce favorizează prezenţa acviferelor captive aflate sub presiune

- energia de relief scade de la est spre vest, dinspre ramă spre interiorul depresiunii

- apele subterane conţin cantităţi însemnate de fier provenit din alterarea mineralelor femice din aluviuni

- cantitatea medie de precipitaţii este mai mare decât în alte regiuni de deal şi podişcu caractere similar

- drenajul de suprafaţă şi subteran insuficient permite acumularea apei la suprafaţa terenului şi extinderea suprafeţelor cu exces de umiditate

- toate râurile formează conuri aluviale de mari dimensiuni la contactul cu Depresiunea Pannonică

Tipuri de acvifere:

1, Orizonturi carstice mezozoice, bine reprezentate în zona Oradea, care debitează artezian ape termale

2, Structuri detritice adânci, ce conţin acvifere multistrat de vârstă miocen-pliocenă; pe alocuri, adâncimile depăşesc 2000 m, iar temperaturile ajung la 85°C

3, Sisteme aluviale bine dezvoltate, cu conuri de dejecţie impresionante, care ating grosimi de peste 100 m în cazul râurilor principale

- resursele cele mai importante de apă potabilă (cca25 m3/s); exploatate ~10%

- material aluvial –fragmente de roci magmatice şi metamorfice

- condiţii de acumulare a apelor subterane:

o hidrostructurialuviale în conuri de dejecţie, cu ape sub presiune, capabile să genereze debite foarte importante

o hidrostructuri aluviale ale luncilor, alimentate predominant lateral, dinspre râuri şi/sau dinspre versanţi

o hidrostructuri aluviale ale teraselor, alimentate din precipitaţii sau prin scurgere de pe versanţi şi infiltraţie

Concentraţii de arsen în sol (Câmpia Crişurilor)

Caracteristici probare:

-colectare din zona învecinată puţului

-distanţe de 50-100 m faţă de puţşi pe cât posibil la cote mai ridicate

-îndepărtarea stratului superficial de sol (primii 5 cm) şi a vegetaţiei

-a fost probat intervalul 5-20 cm adâncime

Puţuri arteziene şi ascensionale:

- adâncimi estimate 200-300 m

- săpate până în formaţiuni precuaternare

- vechime de peste 100 ani

- intens folosite de populaţia locală pentru alimentarea cu apă

- temperaturi 15,5-24,5°C

49

Temperatura ridicată:

-normală având în vedere adâncimea

-fundamentul cristalin al Depresiunii Pannonice este subţire

-suprafaţa Moho se găseşte la adâncimi reduse (uneori de doar 10 km)

-treaptageotermică este diminuată la 18-20 m, faţă de valorile obişnuite de 30-35 m

Probe de apă:

•flacoane din polietilenă cu volumul de 100 ml

•filtrare cu ajutorul unei seringi cu filtru (diametrul porilor0,45 μm)

•două flacoane – unul pentru anioni, celălalt pentru cationi

•în cel pentru cationi s-a adăugat 1 ml acid azotic concentrat

•păstrarela temperatura de aproximativ 4°C

Şaru Dornei

Cadrul geologic si hidrogeologic

roci metamorfice, eruptive neogene, formaţiuni sedimentare cuaternare

falie cu direcţia ENE-VSV

ape subterane:

-acvifer mineralizat sub presiune al şisturilor cristaline

-acvifer nemineralizatal rocilor eruptive

-acvifer mineralizat din depozitele terasei superioare

-acvifer freatic al depozitelor terasei inferioare

aport ascensional de apă din cristalin

hidrochimic:

-ape minerale bicarbonatate, carbogazoase, arsenicale (N)

-ape bicarbonatate clorurate (S)

CONCLUZII

Bazinele hidrografice Crişul Negru şi Crişul Alb: analizele arată o uniformitate remarcabilă a compoziţiei chimice

Apele din orizontul acvifer: conţinuturi de arsen care, în cele mai multe cazuri depăşesc limitele admisibile

Câmpia de Vest: concentraţiile mari de As în apele subterane provin din mobilizarea acestuia datorită condiţiilor fizico-chimice specifice

Zona Şaru Dornei: concentraţiile mari de As se datorează cantităţilor extrem de mari în roca mamă, de unde se dizolvă în urma oxidării sulfurilor şi circulaţiei apelor în subteran

Existenţa apelor bogate în arsen din Câmpia de Vest ridică încă numeroase semne de întrebare referitor la condiţiile de geneză, distribuţia spaţială a anomaliei şi posibilităţi de intervenţie în vederea remedierii

Prezenţa arsenului în exces în apele minerale de la ŞaruDornei reprezintă o situaţie diferită faţă de acviferele din Câmpia de Vest

În acest caz, arsenul a fost mobilizat din roci metamorfice conţinând mineralizaţii sulfurice, reprezentate în principal prin realgar şi auripigment

50

Câmpia de Vest: arsenul este prezent în organism la o serie de subiecţi; datorită diversificării surselor de apă utilizate pentru consum se constată o reducere a expunerii populaţiei la riscul indus de prezenţa arsenului.

NEFROPATIA ENDEMICĂ BALCANICĂ (NEB)

Afecţiune ciudată a rinichilor –în urmă cu mai mult de 50 de ani

Arie de răspândire –20.000 km2:

-sud-vestul României-nord-vestul Bulgariei

-teritorii din fosta Iugoslavie (Serbia, Muntenegru, Croaţia, Bosnia)

În prezent:

-circa 25.000 de persoane afectate sau sunt suspectate a avea această boală

-100.000 de persoane sunt supuse riscului

Zonele de manifestare a NEB:

-izolate, sub forma unor pete-zonele non-endemice

–doar câţiva km distanţă de satele endemic

Zonele de incidenţă au rămas în continuare afectate de boală

Etiologia (cauzele şi factorii declanşatori ai bolii) este incertă

Caracteristici:

-perioada de incubaţie foarte lungă –primele simptoame apar la 10-15 ani de la instalarea în zona afectată

-apare la vârste adulte (30-50 de ani)

-uşoară prevalenţăla femei –1,5:1,0

-locuitori din zona rurală, în general agricultori

-agregare familială, negenetică

-incidenţă similară pentru grupuri religioase şi etnice

Boala se instalează lent, fără episoade acute

Manifestări:

-slăbiciune, oboseală, cefalee

-reducerea masei corporale

-inapetenţă

-paloare a pielii

-anemie

Semne clinice ale afecţiunilor renale –identificabile prin analize de laborator

Rinichiul afectat de NEB:

-scade în dimensiuni, ajungând la 50 g sau chiar mai puţin

-examenele histologice relevă anumite modificări specifice

Forme avansate de NEB:

-insuficienţă renală

-cancer ale tractuluiurinar superior –evoluţie agresivă

Ipoteze privind cauzele apariţiei NEB:

-originea virală

-prezenţa metalelor grele în concentraţii ridicate în apă şi alimente

-substanţe toxice de origine vegetală

51

-deficitul de seleniu

-compuşi radioactivi

-poluarea difuză

Se pare că maladia este controlată de agenţi de mediu

Mucegaiuri (micotoxine) ce se dezvoltă pe seama alimentelor – nu explică limitarea afecţiunii la zonele endemice

Aristolochia clematitis– plantă care creşte spontan în câmpurile cultivate

→acidul aristolochic(AA) – formă de nefropatie asemănătoare cu NEB

Intoxicare în masăcu Aristolochia:

-preparat cu conţinut de AA în tratamente dermatologice –Japonia

-înlocuirea accidentală a plantei Stephaniacu Aristolochiaîntr-un preparat pentru slăbit – Belgia

Aristolochia apare în regiuni relativ extinse din Europa, Asia şi America de Nord fără să fie menţionată apariţia nefropatie.

NEB este cauzată de produşi organici rezultaţi prin spălarea ligniţilor plioceni de către apele subterane

Ligniţi plioceni(5,3-1,6 milioaneani):

-cărbuni foarte tineri

-puţin transformaţi (grad scăzut de incarbonizare)

-eliberează în apă un complex de compuşi aromatic

-compuşi prezenţi doar în zonele cu NEB

Compuşii aromatic (PAH):

-concentraţia lor este mică

-utilizarea îndelungată a apei de băut

⇓⇓⇓leziuni renale

carcinoame uroteliale

nefropatia endemic

-sute de compuşi organici diferiţi

⇓⇓⇓Care sunt responsabili de instalarea nefropatiei?

Ipoteza compuşilor organici din cărbuni pare să fie cea mai convingătoare.

Lucrări practice 8RESURSE DE APE SUBTERANE RESURSE IN IMPREJURIMILE ORASULUI CLUJ-NAPOCA

Reţeaua de distribuţie a apei în Cluj-Napoca:- ape de suprafaţă – lacuri de acumulare pe Someşul Cald (amonte de oraş)- ape subterane – reţea de puţuri de mică adâncime în lunca Someşului Mic (între Cluj şi Floreşti)

1887 – prima reţea de distribuţie a apei în oraş; alimentarea Universităţii - acvifer aluvial al Someşului Mic - câteva puţuri puţin adânci - amplasate în zona actualului Parc Central - capacitate –1000 m3 de apă pe zi1898 – Captaţia Floreşti - capacitate –8000 m3 pe zi - 1914 –12 puţuri1918 – al doilea front de captare, Şapca verde, circa 1 km aval de Floreşti

52

1929 – al treilea front de captare, Captaţia nouă - 28 de puţuri, dispuse pe două linii, pe malul drept al Someşului1962 – extindere captaţia Floreşti pe malul stâng – Captaţia II - 29 de puţuri şi a unui dren - alimentare artificială a acviferului - infiltrare din bazine dreptunghiulareCaptarea Floreşti – astăzi: - peste 100 de puţuri - debit total de 600 l/s - 1/3 din necesarul de apă al oraşului

Alimentarea artificială a acviferelor:-suplimentarea cantităţii de apă care se găseşte în rezervorul subteran-cel mai frecvent prin favorizarea infiltraţiei de la suprafaţă

Condiţii pentru a putea fi aplicată:♦caracteristici hidrodinamice favorabile♦acoperiş permeabil care să permită infiltrarea♦sursă de apă de suprafaţă corespunzătoare

Se foloseşte apa unui râu sau a unui lac, sau chiar apa de precipitaţii -> canalizată înspre zonele de infiltrare.

Scopul alimentării artificiale:-sporirea resursei utilizabile în scopuri practice-îmbunătăţirea calităţii apei subterane=> diminuarea durităţii apelor subterane (apele de suprafaţă mai puţin dure) si corectarea radioactivităţii apelor subterane (apele de suprafaţă au un conţinut mai mic de radon dizolvat)

Procesul de infiltrare–îmbunătăţirea calităţii apei introduse de la suprafaţă=>reţinerea particulelor minerale în suspensie de către mediul poros=>reţinerea materialului organic de către mediul poros

Alimentarea artificială►alternativa prelevării directe din cursul de apă şi care trebuie tratată

Tehnici de alimentare artificială:-utilizarea de bazine deschise-şanţuri sau zone inundate-irigaţia prin dispersie-pomparea apei în acvifer prin intermediul unor puţuri verticale

Apele minerale de la SomeşeniDr. Dominic Stanca –1920 iniţiază studiile despre chimismul lor1927 –înfiinţarea Băilor Someşeni

♦au fost săpate sonde de captare♦realizate două bazine destinate balneaţiei

Anii 1960: :•27 – numărul total de surse•200.000 l –debit zilnicAstăzi: •suprafaţă mai mică de 1 ha •330.000 l –debit zilnic

Caracteristici:▪ape minerale cloruro-sodice▪mineralizaţie totală foarte diferită de la o sursă la alta▪radioactivitate ridicată – până la 200 Bq/lA.

A. Surse cu concentraţie mică de săruri:-izvoarele 1, 2, 8, 14, 15-recomandate pentru cura internă-tratarea unor afecţiuni gastro-intestinale, hepatobiliare, a căilor aeriene superioare

B. Ape puternic mineralizate:-izvorul 3-utilă în cura externă-recomandată pentru afecţiuni reumatismale cronice

53

Circulatia apelor minerale de la SomeseniA. Model clasic apele - urmeaza 2 circuite paralele:•unul de adâncime

-ape ascendente-intră în contact cu diapirulde sare-mineralizare ridicată

•altul de suprafaţă:-izvoare de terasă;-cantonat în depozite aluviale-contact restrâns cu depozitele saline-mai puţin mineralizat►radioactivitatea – depozite de terasă pe care fluxurile de apă le străbat

►nu explică –relaţia de proporţionalitate între conţinutul de radon şi mineralizarea totală

Circulaţia apelor minerale de la SomeşeniB. Model recent (Baciu et al., 2001)-apele urmează un singur circuit•infiltraţia –strate permeabile (gresii, tufuri, nisipuri) neogene•generează un acvifer captiv•descărcarea se face ascensional – străbate brecia sării – mineralizare diferită►radioactivitatea –contact al apelor cu roci ale fundamentului sau alte formaţiuni cu conţinut ridicat de materiale radioactiveRADONUL IN ROMÂNIA SI IN ZONA CLUJULUIRADONUL IN ANGLIA

1926 –G. Atanasiu–conferenţia la Universitatea din Cluj“clujenii beau fără să-şi dea seama, ape radioactive de la robinet”

Radioactivitatea apei de la robinet –40 Bq/l◙ ape captate din aluviunile Someşului Mic◙ conţin fragmente de roci endogeneApe subterane:- zona masivului granitic de la Măguri-Răcătău- radioactivitate–370 Bq/l=>reducere treptată a nivelului conţinutului de radon, dinspre izvoare în aval=>modificarea naturii materialului aluvial din depozitele de terasă (creşte distanţa faţă de masivul granitic de la Măguri-Răcătău)

Studii ale G. Atanasiu:●814 Bq/l–sursele 2 şi 5, grupul “Şapte izvoare calde dreapta”, Băile Herculane●477 –Sângeorz Băi-îmbogăţirii secundare în radon-traversarea depozitelor de travertineradifere-formate prin activitatea surselor de apă

Studii recente:►Carpaţii Orientali–radioactivitatea este mică în general▪Borsec(Pierre Curie –268 Bq/l) şi Tuşnad(Izv. Rudi –450 Bq/l)▪Sângeorz Băi-ramuri secundare ale unor izvoare,traversează tufuri radifere-până la 400 Bq/l-inactive în momentul de faţă►Slănic Moldova (până la 140 Bq/l)►Băile Herculane-cantităţi însemnate de heliu şi argon-radon –granitul de Cerna, bogat în elemente radioactive

54

►Munţii Apuseni-Geoagiu– până la 130 Bq/l-izvoare din vecinătatea masivelor granitice►Dobrogea-Hârşova-Topalu–valori medii (sub 40 Bq/l)►Depresiunea Pannonică-sonde din zona Oradea –70 Bq/l

1990 - Marea Britanie, Comitetul Naţional pentru Protecţia Radiologicănivelul radonului în locuinţe -pragul de intervenţie -200 Bq/m3⇒

Arii afectate – regiunile în care în mai mult de 1% din locuinţe este depăşit pragul de intervenţieZone cu nivel de risc ridicat – regiunile Cornwall şi Devon din sud-vestul Angliei

Arii cu potenţial de radon mare:-zone cu granite-zone cu mineralizaţii uranifere

Surse:♦ flux ascendent din substrat♦ materiale de construcţie (piatră naturală)

Măsuri de protecţie:◙ izolaţii faţă de substrat◙ sisteme de ventilaţieDe ce sunt 2 tipuri de unda? GandireIpIIn desfasurarea unui cutremur, care e de forma: alunecarea/deplasarea placii, bucati din placa tectonica, scoarta, dau o prima unda, deoarece deplasarea a fost minora, [restrictii ale zonei inconjuratoare dau caracterul de deplasare minora,inghesuiala, pe principiul: mai intai dai din umeri si coate, iti faci loc si apoi te strecori prin multime] energia eliberata e in cantitati mici, prima etapa din desfasurare[etape pe care le numim ori unde p,s sau cutremur si replici, sau roiuri de cutremure, toate acestea constituie defapt un cutremur=deplasarea placii tectonice,cu toate formele precursoare si postcursoare.] unda de soc ajunge la suprafata, inregistrata de seismograf,ca fiind unda P[ caracter de concentricitate=valuri multiple]apoi urmeaza alte unde, numite unde S. Daca deplasarea a fost mica, spunem despre cutremur ca a avut magnitudine scazuta, insa e posibil sa fie doar o deplasare minora,nu un alai de deplasari.Dupa prima deplasare minora, eliberarea energiei creaza conditii favorabile unei deplasari majore[pe o distanta mare, a placii tectonice] urmeaza alunecarea majora, nu datorata eliberarii de energie ci conditiilor create de eliberarea de energie anterioara.acesta alunecare majora se inregistraza la suprafata ca unda S, insa este o etapa din deplasarea placii.

Ipoteza II[sau energia acumulata in timp este putina,[cauze ?! care influenteaza acumularea energiei in placa tectonica] forta de deplasare, de impingere a placii este de asemenea mica si alunecarea placii este mica, dand o prima unda de soc-P, apoi continuarea deplasarii placii tectonice atat cat ii permit conditiile inconjuratoare]

55