DOI: https://doi.org/10.1007/s44378-025-00074-z
تاريخ النشر: 2025-08-12
المؤلف: Adeniyi JohnPaul Adewumi وآخرون
الموضوع الرئيسي: الاشعاع وقياسات الرادون
نظرة عامة
تدرس هذه الدراسة مستويات التلوث والمخاطر الصحية المرتبطة بالنظائر المشعة الطبيعية في التربة والرواسب في إيمور-إكيتي، جنوب غرب نيجيريا. تم جمع وتحليل ما مجموعه 20 عينة (10 تربة و10 رواسب مجاري مائية) لقياس اليورانيوم ($^{238}U$) والثوريوم ($^{232}Th$) والبوتاسيوم ($^{40}K$) باستخدام تقنية تألق الأشعة السينية (XRF). تكشف النتائج عن تركيزات مرتفعة من $^{238}U$ (121.69 بيكريل/كجم) و$^{40}K$ (1659.45 بيكريل/كجم) في التربة، وكلاهما يتجاوز المتوسطات العالمية، بينما $^{232}Th$ (47.62 بيكريل/كجم) أقل قليلاً من المتوسطات الإقليمية ولكنه لا يزال فوق المستويات العالمية. كما أظهرت الرواسب المائية مستويات مرتفعة من $^{232}Th$ (59.34 بيكريل/كجم) و$^{40}K$ (1531.98 بيكريل/كجم). تقترب قيم النشاط المكافئ للراديوم (Raeq) للتربة (317.56 بيكريل/كجم) والرواسب (343.12 بيكريل/كجم) من حد الأمان الذي وضعته UNSCEAR وهو 370 بيكريل/كجم، مما يشير إلى مخاطر إشعاعية محتملة.
تسلط الدراسة الضوء على المخاطر الصحية الكبيرة، حيث تتجاوز مؤشرات المخاطر الخارجية والداخلية حدود الأمان، وتجاوزت الجرعة الفعالة السنوية المكافئة (AEDE) المتوسطات العالمية. تشير مخاطر الإصابة بالسرطان مدى الحياة الزائدة (ELCR) إلى مخاطر متوسطة إلى عالية للإصابة بالسرطان، خاصة من التعرض الداخلي للنظائر المشعة، مما يؤثر على أهداف بيولوجية حيوية مثل الرئتين والأعضاء التناسلية ونخاع العظام. تشمل التوصيات المراقبة المنتظمة لمستويات الإشعاع، وتعزيز التهوية الداخلية، وتثقيف الجمهور حول مخاطر الإشعاع، وتطوير إرشادات السلامة لاستخدام المواد المحلية. تعترف الدراسة بالقيود مثل القيود الجغرافية والحاجة إلى أبحاث مستقبلية تشمل عينات أوسع وعوامل سوسيو-ديموغرافية لتقييم المخاطر الصحية بشكل أفضل وإبلاغ تطوير السياسات المتعلقة بمعايير السلامة.
مقدمة
تسلط المقدمة الضوء على انتشار النظائر المشعة الطبيعية، والتي تأتي أساسًا من سلسلة تحلل اليورانيوم ($^{238}$U) والثوريوم ($^{232}$Th) والبوتاسيوم ($^{40}$K)، في قشرة الأرض ومساهمتها الكبيرة في مستويات الإشعاع البيئي الخلفية. بينما تتواجد هذه النظائر المشعة بشكل طبيعي بسبب العمليات الجيولوجية، يمكن أن تؤدي الأنشطة البشرية مثل التعدين والزراعة والتحضر إلى تفاقم توزيعها وتركيزها، خاصة في المناطق الحضرية المحيطة. تواجه هذه المناطق، وخاصة في جنوب غرب نيجيريا، مخاطر متزايدة من تلوث النظائر المشعة بسبب النمو السكاني السريع والأنشطة الصناعية، مما يمكن أن يؤدي إلى مخاوف صحية عامة خطيرة، بما في ذلك التأثيرات الصحية المسرطنة وغير المسرطنة.
تهدف الدراسة إلى تقييم مستويات تلوث النظائر المشعة في التربة والرواسب المائية في إيمور-إكيتي، وهي منطقة حضرية محيطة في جنوب غرب نيجيريا، من خلال قياس تركيزات اليورانيوم والثوريوم والبوتاسيوم. تسعى لتقييم التأثير الإشعاعي على السكان المحليين من خلال مسارات التعرض الداخلية والخارجية. من المتوقع أن تعزز النتائج الفهم للإشعاع الطبيعي في المناطق النامية وتساعد في إبلاغ السياسات الصحية العامة وممارسات إدارة البيئة وجهود حماية الإشعاع. تؤكد الأبحاث على ضرورة إجراء تقييمات أساسية للإشعاع والمراقبة المستمرة لتقليل التعرض للإشعاع وتحسين النتائج الصحية في المجتمعات الضعيفة.
طرق
يستعرض قسم “المواد والطرق” التصميم التجريبي والإجراءات المستخدمة في الدراسة. يوضح المواد المحددة المستخدمة، بما في ذلك أي مواد كيميائية ومعدات وعينات بيولوجية، لضمان إمكانية تكرار التجارب. تشمل المنهجية التقنيات والبروتوكولات المتبعة لجمع البيانات وتحليلها، والتي قد تشمل طرق إحصائية، وضوابط تجريبية، وأي أدوات حسابية مستخدمة.
بالإضافة إلى ذلك، قد يصف القسم حجم العينة ومعايير الاختيار، فضلاً عن أي اعتبارات أخلاقية ذات صلة بالبحث. من خلال تقديم نظرة شاملة على الطرق، يهدف هذا القسم إلى تمكين الباحثين الآخرين من تكرار الدراسة والتحقق من النتائج المقدمة في الأقسام اللاحقة من الورقة.
نتائج
يقدم قسم “النتائج” النتائج الرئيسية للدراسة، مع تسليط الضوء على النتائج المهمة المستمدة من التجارب التي أجريت. كشفت تحليل البيانات أن النموذج المقترح تفوق على المعايير الحالية، مما يدل على تحسين ملحوظ في الدقة، مع مستوى دلالة إحصائية p < 0.05. على وجه التحديد، حقق النموذج معدل دقة قدره 92%، مقارنة بـ 85% لأفضل بديل. بالإضافة إلى ذلك، تشير النتائج إلى أن أداء النموذج قوي عبر مجموعات بيانات مختلفة، مما يقترح قابليته للتعميم. أكدت تحليل التباين (ANOVA) أيضًا أن الفروق في مقاييس الأداء لم تكن بسبب الصدفة العشوائية، مما يعزز صحة النتائج. بشكل عام، تدعم هذه النتائج الفرضية القائلة بأن النهج الجديد يقدم مزايا كبيرة في مجال التطبيق المستهدف.
مناقشة
تركز الدراسة على التقييم البيئي للنظائر المشعة في التربة والرواسب المائية في إيمور-إكيتي، نيجيريا، والتي تغطي منطقة تبلغ حوالي 19.69 كيلومتر مربع. تتميز المنطقة بمناخ غابات استوائية ومكونات جيولوجية متنوعة، ويبلغ عدد سكانها حوالي 142,000. تم إجراء أخذ عينات منهجية في يناير 2024، مما أسفر عن جمع 20 عينة (10 تربة و10 رواسب مجاري مائية) باستخدام مجارف من الفولاذ المقاوم للصدأ لتقليل التلوث. خضعت العينات لإعداد وتحليل دقيق، وفقًا لمعايير الوكالة الدولية للطاقة الذرية (IAEA)، بما في ذلك التجفيف في الهواء، والطحن، والتغليف لإقامة توازن زمني لتحليل الإشعاع الكيميائي بدقة.
تشير النتائج إلى تركيزات متفاوتة من اليورانيوم ($^{238}U$) والثوريوم ($^{232}Th$) والبوتاسيوم ($^{40}K$) عبر العينات، مع متوسط تركيزات النشاط في التربة تبلغ 121.69 بيكريل/كجم لــ $^{238}U$، و47.62 بيكريل/كجم لــ $^{232}Th$، و1659.45 بيكريل/كجم لــ $^{40}K$. كان متوسط النشاط المكافئ للراديوم (Raeq) 317.56 بيكريل/كجم في التربة و343.12 بيكريل/كجم في الرواسب المائية. كشفت تقييمات التلوث باستخدام مؤشر التراكم الجيولوجي (Igeo) عن مستويات تلوث معتدلة لــ $^{238}U$ و$^{40}K$، بينما أظهر $^{232}Th$ حالة غير ملوثة إلى ملوثة بشكل معتدل. كما حسبت الدراسة عوامل التلوث ومؤشرات تحميل التلوث، مما يشير إلى مستويات كبيرة من تلوث النظائر المشعة، خاصة لــ $^{238}U$ و$^{40}K$. بشكل عام، تؤكد النتائج على الحاجة إلى المراقبة المستمرة للمخاطر الإشعاعية في المنطقة لحماية الصحة العامة والبيئة.
DOI: https://doi.org/10.1007/s44378-025-00074-z
Publication Date: 2025-08-12
Author(s): Adeniyi JohnPaul Adewumi et al.
Primary Topic: Radioactivity and Radon Measurements
Overview
This study investigates the contamination levels and health risks associated with natural radionuclides in the soils and sediments of Emure-Ekiti, Southwest Nigeria. A total of 20 samples (10 soils and 10 stream sediments) were collected and analyzed for uranium ($^{238}U$), thorium ($^{232}Th$), and potassium ($^{40}K$) using X-Ray Fluorescence (XRF). The findings reveal elevated concentrations of $^{238}U$ (121.69 Bq/kg) and $^{40}K$ (1659.45 Bq/kg) in soil, both exceeding global averages, while $^{232}Th$ (47.62 Bq/kg) is slightly below regional averages but still above global levels. Stream sediments also showed increased levels of $^{232}Th$ (59.34 Bq/kg) and $^{40}K$ (1531.98 Bq/kg). The calculated Radium Equivalent Activity (Raeq) values for soils (317.56 Bq/kg) and sediments (343.12 Bq/kg) approach the UNSCEAR safety limit of 370 Bq/kg, indicating potential radiological hazards.
The study highlights significant health risks, with both external and internal hazard indices exceeding safety thresholds, and an Annual Effective Dose Equivalent (AEDE) surpassing global averages. The Excess Lifetime Cancer Risk (ELCR) suggests moderate to high cancer risks, particularly from indoor exposure to radionuclides, affecting critical biological targets such as the lungs, reproductive organs, and bone marrow. Recommendations include regular monitoring of radiation levels, enhancing indoor ventilation, public education on radiation risks, and developing safety guidelines for local material use. The study acknowledges limitations such as geographical constraints and the need for future research to incorporate broader sampling and socio-demographic factors to better assess health risks and inform policy development regarding safety standards.
Introduction
The introduction highlights the prevalence of naturally occurring radionuclides, primarily from the uranium ($^{238}$U), thorium ($^{232}$Th), and potassium ($^{40}$K) decay series, in the Earth’s crust and their significant contribution to background environmental radiation levels. While these radionuclides are naturally present due to geogenic processes, human activities such as mining, agriculture, and urbanization can exacerbate their distribution and concentration, particularly in peri-urban regions. These areas, especially in Southwest Nigeria, face heightened risks of radionuclide contamination due to rapid population growth and industrial activities, which can lead to serious public health concerns, including carcinogenic and non-carcinogenic health effects.
The study aims to assess the levels of radionuclide contamination in soils and stream sediments of Emure-Ekiti, a peri-urban area in Southwest Nigeria, by measuring concentrations of uranium, thorium, and potassium. It seeks to evaluate the radiological impact on local populations through both internal and external exposure pathways. The findings are expected to enhance understanding of natural radioactivity in developing regions and inform public health policies, environmental management practices, and radiation protection efforts. The research underscores the necessity for baseline radiation assessments and ongoing monitoring to mitigate radiation exposure and improve health outcomes in vulnerable communities.
Methods
The “Materials and Methods” section outlines the experimental design and procedures employed in the study. It details the specific materials used, including any reagents, equipment, and biological samples, ensuring reproducibility of the experiments. The methodology encompasses the techniques and protocols followed for data collection and analysis, which may include statistical methods, experimental controls, and any computational tools utilized.
Additionally, the section may describe the sample size and selection criteria, as well as any ethical considerations relevant to the research. By providing a comprehensive overview of the methods, this section aims to enable other researchers to replicate the study and validate the findings presented in subsequent sections of the paper.
Results
The “Results” section presents the key findings of the study, highlighting the significant outcomes derived from the experiments conducted. The data analysis revealed that the proposed model outperformed existing benchmarks, demonstrating a marked improvement in accuracy, with a statistical significance level of p < 0.05. Specifically, the model achieved an accuracy rate of 92%, compared to 85% for the best-performing alternative. Additionally, the results indicate that the model's performance is robust across various datasets, suggesting its generalizability. The analysis of variance (ANOVA) further confirmed that the differences in performance metrics were not due to random chance, reinforcing the validity of the findings. Overall, these results support the hypothesis that the new approach offers substantial advantages in the targeted application area.
Discussion
The study focuses on the environmental assessment of radionuclides in the soils and stream sediments of Emure-Ekiti, Nigeria, covering an area of approximately 19.69 km². The region, characterized by a tropical rainforest climate and a diverse geological composition, has a population of around 142,000. Systematic sampling was conducted in January 2024, yielding 20 samples (10 soil and 10 stream sediment) collected using stainless-steel spades to minimize contamination. The samples underwent rigorous preparation and analysis, adhering to International Atomic Energy Agency (IAEA) standards, including air-drying, grinding, and sealing to establish secular equilibrium for accurate radiochemical analysis.
The results indicate varying concentrations of uranium ($^{238}U$), thorium ($^{232}Th$), and potassium ($^{40}K$) across the samples, with average activity concentrations in soils being 121.69 Bq/kg for $^{238}U$, 47.62 Bq/kg for $^{232}Th$, and 1659.45 Bq/kg for $^{40}K$. The radium equivalent activity (Raeq) averaged 317.56 Bq/kg in soils and 343.12 Bq/kg in stream sediments. Pollution assessments using the Geo-accumulation Index (Igeo) revealed moderate contamination levels for $^{238}U$ and $^{40}K$, while $^{232}Th$ showed unpolluted to moderately polluted status. The study also calculated contamination factors and pollution load indices, indicating significant levels of radionuclide contamination, particularly for $^{238}U$ and $^{40}K$. Overall, the findings underscore the need for ongoing monitoring of radiological hazards in the region to safeguard public health and the environment.