DOI: https://doi.org/10.62292/njp.v35i1.2026.480
تاريخ النشر: 2026-01-30
المؤلف: Achide Samson Achide وآخرون
الموضوع الرئيسي: الاشعاع وقياسات الرادون
نظرة عامة
تدرس هذه الدراسة تأثير أنشطة التعدين على تركيز النظائر المشعة الطبيعية – وبشكل خاص البوتاسيوم-40 ($^{40}K$)، اليورانيوم-238 ($^{238}U$)، والثوريوم-232 ($^{232}Th$) – في التربة الزراعية المحيطة بمجتمعات التعدين في ولاية بلاتو، نيجيريا. باستخدام مقياس طيف أشعة غاما من أكسيد الجرمانيوم البزموتي (BGO)، تم أخذ قياسات في الموقع في ستة وخمسين نقطة أخذ عينات عبر أراضٍ زراعية مختلفة، حيث أظهرت أرضية بيشيشي أعلى متوسط لتركيزات النشاط: $^{40}K$ عند 1475.92 Bq kg⁻¹، $^{238}U$ عند 24.14 Bq kg⁻¹، و $^{232}Th$ عند 8.36 Bq kg⁻¹. ومن الجدير بالذكر أن مستويات $^{40}K$ تجاوزت المتوسطات العالمية، مما يشير إلى تعزيز إشعاعي كبير بسبب التعدين.
أظهر تقييم مؤشرات الخطر الإشعاعي أنه بينما تجاوز مؤشر النشاط الإشعاعي ($I_{\gamma}$) في بيشيشي الواحد، مما يشير إلى خطر محتمل، ظلت مؤشرات الخطر الخارجية والداخلية (Hex وHin) أقل من الواحد، مما يدل على عدم وجود خطر فوري للتعرض المهني. على النقيض من ذلك، أظهرت الأراضي الزراعية في شين، رايفيلد، كورو، وموقع التحكم كاسا تركيزات من النظائر المشعة ومعلمات إشعاعية ضمن الحدود الموصى بها دوليًا، مما يشير إلى خطر إشعاعي ضئيل. على الرغم من القيم المنخفضة عمومًا للجرعة الفعالة السنوية المعادلة (AEDE)، تؤكد النتائج على ضرورة المراقبة المستمرة واستراتيجيات الإدارة البيئية الفعالة للتخفيف من المخاطر الصحية المحتملة المرتبطة بالتعرض المطول لمستويات مرتفعة من النظائر المشعة في المناطق المتأثرة بالتعدين.
مقدمة
تسلط المقدمة الضوء على الدور الحاسم لتربة الأراضي الزراعية في الإنتاجية الزراعية، والاستقرار البيئي، والقدرة على البقاء البشري، مع التأكيد على تفاعلاتها الفيزيائية والكيميائية والبيولوجية المعقدة التي تدعم نمو النباتات وصحة النظام البيئي (غويرا وآخرون، 2024؛ سميث وآخرون، 2021). ومع ذلك، فإن الأنشطة البشرية، وخاصة التعدين الحرفي والميكانيكي، قد عطلت بشكل كبير خصائص التربة، مما يشكل تهديدات للأمن الغذائي ومرونة النظام البيئي (دوردو وآخرون، 2023؛ ماندال وروي، 2024). في نيجيريا، أدت السياق التاريخي لتعدين القصدير إلى تراكم المواد المشعة الطبيعية (NORMs) في البيئة، مما أثار مخاوف بشأن المخاطر الصحية المرتبطة بالتعرض للإشعاع من النظائر المشعة الأولية مثل البوتاسيوم ($^{40}K$)، الثوريوم ($^{232}Th$)، واليورانيوم ($^{238}U$) (إيسينكاى وإيميلوي، 2015؛ فيليكس وآخرون، 2016).
تهدف الدراسة إلى تقييم تركيز النشاط لهذه النظائر المشعة في تربة الأراضي الزراعية المحيطة بمناطق التعدين في ولاية بلاتو، باستخدام مقياس طيف أكسيد الجرمانيوم البزموتي (BGO) المحمول. يُعرف هذا الجهاز بحساسيته العالية وكفاءته في قياس الإشعاع الجاما، مما يجعله مناسبًا لتقييم المخاطر الصحية المحتملة للسكان الذين يستهلكون المحاصيل المزروعة في هذه التربة الملوثة. من المتوقع أن تسهم النتائج في فهم التأثير البيئي لأنشطة التعدين وإبلاغ السياسات التي تهدف إلى استعادة صحة التربة وسلامة الغذاء.
الطرق
أُجريت الأبحاث في المناطق الزراعية لعدة مجتمعات ضمن ورقة ناراغوتا الطبوغرافية 168، مع التركيز بشكل خاص على شين، منتجع رايفيلد، بيشيشي، كورو، وكاسا في ولاية بلاتو. تتميز هذه المناطق بأنشطة التعدين السائدة، التي تؤثر بشكل كبير على البيئة المحلية والممارسات الزراعية.
تضمنت المنهجية المستخدمة في هذه الدراسة تقييمًا شاملاً لتأثير التعدين على الأراضي الزراعية داخل هذه المجتمعات. من المحتمل أن تكون التفاصيل المحددة بشأن تقنيات جمع البيانات، وطرق أخذ العينات، وإجراءات التحليل قد تم توضيحها لتقييم آثار التعدين على الإنتاجية الزراعية وصحة التربة، على الرغم من عدم توفير هذه التفاصيل في النص المستخرج. تهدف النتائج من هذا البحث إلى المساهمة في فهم التفاعل بين ممارسات التعدين واستدامة الزراعة في المنطقة.
النتائج
تحققت الدراسة في تركيزات النشاط للبوتاسيوم-40 ($^{40}K$)، الثوريوم-232 ($^{232}Th$)، واليورانيوم-238 ($^{238}U$) في تربة الأراضي الزراعية عبر مواقع مختلفة في ولاية بلاتو، نيجيريا، بما في ذلك مواقع التحكم. ومن الجدير بالذكر أن أرضية بيشيشي (SA6) أظهرت أعلى متوسط لتركيزات النشاط من $^{40}K$ (1475.92 Bq/kg)، $^{232}Th$ (8.36 Bq/kg)، و$^{238}U$ (24.14 Bq/kg)، متجاوزة بشكل كبير المتوسطات العالمية، مما يشير إلى ارتباط قوي بأنشطة التعدين وتأثيرات بشرية. على النقيض من ذلك، أظهرت مواقع أخرى مثل منتجع رايفيلد (SA5)، كورو (SA9)، وموقع التحكم كاسا (SA13) تركيزات نشاط أقل، مما يدل على تأثير ضئيل من التعدين ويعكس التركيب الطبيعي للتربة.
تراوحت معدلات الجرعة الممتصة المحسوبة من 19.12 nGy/h إلى 631.66 nGy/h، مع تجاوز معدل الجرعة المتوسط في بيشيشي المتوسط العالمي البالغ 59 nGy/h، مما يبرز مساهمته في التعرض الخارجي لإشعاع غاما. على الرغم من المستويات المرتفعة في بيشيشي، إلا أن القيمة المتوسطة للنشاط المعادل للراديوم (Raeq) البالغة 149.74 Bq/kg ظلت أقل من الحد الآمن البالغ 370 Bq/kg، مما يشير إلى أن الأرض الزراعية لا تشكل مخاطر إشعاعية فورية. بشكل عام، تشير النتائج إلى أنه بينما تتأثر بعض المناطق بأنشطة التعدين، تظل السلامة الإشعاعية للاستخدام الزراعي سليمة في معظم المواقع المدروسة.
المناقشة
في هذه الدراسة، تم تقييم المعلمات الإشعاعية لتربة الأراضي الزراعية بالقرب من مواقع التعدين في ولاية بلاتو، مع التركيز على تركيزات النشاط للنظائر المشعة $^{226}\text{Ra}$، $^{232}\text{Th}$، و$^{40}\text{K}$. تم حساب تركيزات النشاط باستخدام عوامل التحويل المعروفة، مما أدى إلى تحديد معدل الجرعة الممتصة ($D_\gamma$)، النشاط المعادل للراديوم ($R_{eq}$)، مؤشرات الخطر الداخلية والخارجية ($H_{in}$ و$H_{ex}$)، الجرعة الفعالة السنوية المعادلة (AEDE)، ومؤشر النشاط الإشعاعي ($I_\gamma$). أشارت النتائج إلى أنه بينما كانت معظم مواقع أخذ العينات تحتوي على معلمات إشعاعية أقل من الحدود الآمنة الدولية، أظهرت موقع بيشيشي (SA6) مستويات مرتفعة بشكل ملحوظ من النظائر المشعة ومؤشرات الخطر، مما يشير إلى مخاطر صحية محتملة للمزارعين بسبب التعرض المطول للرادون ونسله.
كشفت النتائج أن متوسط معدل الجرعة الممتصة في SA6 كان 631.66 nGy/h، مع نشاط معادل للراديوم قدره 149.74 Bq/kg ومؤشر نشاط إشعاعي قدره 1.229، جميعها تتجاوز المتوسطات العالمية. ومن الجدير بالذكر أن مؤشر الخطر الداخلي اقترب أو تجاوز الواحد في نقاط معينة، مما يدل على خطر مرتفع للتعرض الداخلي. على النقيض من ذلك، حافظت مواقع أخرى مثل شين (SA4)، رايفيلد (SA5)، وكورو (SA9) على تركيزات النظائر المشعة والمعلمات الإشعاعية ضمن الحدود الآمنة، مما يبرز الحاجة إلى المراقبة المستمرة في المناطق الزراعية المتأثرة بالتعدين للتخفيف من التأثيرات الصحية المحتملة. تؤكد الدراسة على أهمية التقييمات المنتظمة لضمان سلامة الممارسات الزراعية بالقرب من أنشطة التعدين.
DOI: https://doi.org/10.62292/njp.v35i1.2026.480
Publication Date: 2026-01-30
Author(s): Achide Samson Achide et al.
Primary Topic: Radioactivity and Radon Measurements
Overview
This study examines the impact of mining activities on the concentration of naturally occurring radionuclides—specifically potassium-40 ($^{40}K$), uranium-238 ($^{238}U$), and thorium-232 ($^{232}Th$)—in agricultural soils surrounding mining communities in Plateau State, Nigeria. Utilizing a Bismuth Germanate Oxide (BGO) gamma-ray spectrometer, in situ measurements were taken at fifty-six sampling points across various farmlands, with Bisichi farmland showing the highest mean activity concentrations: $^{40}K$ at 1475.92 Bq kg⁻¹, $^{238}U$ at 24.14 Bq kg⁻¹, and $^{232}Th$ at 8.36 Bq kg⁻¹. Notably, the $^{40}K$ levels exceeded global averages, indicating significant radiological enhancement due to mining.
The assessment of radiological hazard indices revealed that while the gamma activity index ($I_{\gamma}$) in Bisichi exceeded unity, suggesting a potential risk, the external and internal hazard indices (Hex and Hin) remained below unity, indicating no immediate occupational exposure risk. In contrast, farmlands in Shen, Rayfield, Kuru, and the control site Kassa exhibited radionuclide concentrations and radiological parameters within internationally recommended limits, suggesting minimal radiological risk. Despite the generally low annual effective dose equivalent (AEDE) values, the findings underscore the necessity for ongoing monitoring and effective environmental management strategies to mitigate potential health risks associated with prolonged exposure to elevated radionuclide levels in mining-affected areas.
Introduction
The introduction highlights the critical role of farmland soil in agricultural productivity, environmental stability, and human viability, emphasizing its complex physical, chemical, and biological interactions that sustain plant growth and ecological health (Guerra et al., 2024; Smith et al., 2021). However, anthropogenic activities, particularly artisanal and mechanized mining, have significantly disrupted soil characteristics, posing threats to food security and ecosystem resilience (Durdu et al., 2023; Mandal & Roy, 2024). In Nigeria, the historical context of tin mining has led to the accumulation of Naturally Occurring Radioactive Materials (NORMs) in the environment, raising concerns about the health risks associated with radiation exposure from primordial radionuclides such as Potassium ($^{40}K$), Thorium ($^{232}Th$), and Uranium ($^{238}U$) (Isinkaye & Emelue, 2015; Felix et al., 2016).
The study aims to assess the activity concentration of these radionuclides in farmland soils surrounding mining areas in Plateau State, utilizing a field-portable Bismuth Germanate Oxide (BGO) Spectrometer. This instrument is recognized for its high sensitivity and efficiency in measuring gamma radiation, making it suitable for evaluating the potential health risks to residents consuming crops grown in these contaminated soils. The findings are expected to contribute to understanding the environmental impact of mining activities and inform policies aimed at soil health restoration and food safety.
Methods
The research was conducted in the agricultural regions of several communities within the Naraguta topographical sheet 168, specifically focusing on Shen, Rayfield Resort, Bisichi, Kuru, and Kassa in Plateau State. These areas are characterized by prevalent mining activities, which significantly influence the local environment and agricultural practices.
The methodology employed in this study involved a comprehensive assessment of the impact of mining on the farmland within these communities. Specific details regarding data collection techniques, sampling methods, and analytical procedures were likely outlined to evaluate the effects of mining on agricultural productivity and soil health, although these details were not provided in the extracted text. The findings from this research aim to contribute to understanding the interplay between mining practices and agricultural sustainability in the region.
Results
The study investigated the activity concentrations of potassium-40 ($^{40}K$), thorium-232 ($^{232}Th$), and uranium-238 ($^{238}U$) in farmland soils across various locations in Plateau State, Nigeria, including control sites. Notably, the Bisichi farmland (SA6) exhibited the highest mean activity concentrations of $^{40}K$ (1475.92 Bq/kg), $^{232}Th$ (8.36 Bq/kg), and $^{238}U$ (24.14 Bq/kg), significantly surpassing global averages, which suggests a strong correlation with mining activities and anthropogenic influences. In contrast, other locations such as Rayfield resort (SA5), Kuru (SA9), and the control site Kassa (SA13) showed lower activity concentrations, indicating minimal impact from mining and reflecting natural soil composition.
The calculated absorbed dose rates ranged from 19.12 nGy/h to 631.66 nGy/h, with Bisichi’s mean dose rate exceeding the global average of 59 nGy/h, highlighting its contribution to external gamma radiation exposure. Despite the elevated levels in Bisichi, the radium equivalent activity (Raeq) mean value of 149.74 Bq/kg remained below the safety limit of 370 Bq/kg, suggesting that the farmland does not pose immediate radiological hazards. Overall, the findings indicate that while certain areas are affected by mining activities, the radiological safety for agricultural use remains intact in most locations studied.
Discussion
In this study, the radiological parameters of farmland soils near mining sites in Plateau State were evaluated, focusing on the activity concentrations of radionuclides $^{226}\text{Ra}$, $^{232}\text{Th}$, and $^{40}\text{K}$. The activity concentrations were calculated using established conversion factors, leading to the determination of the absorbed dose rate ($D_\gamma$), radium equivalent activity ($R_{eq}$), internal and external hazard indices ($H_{in}$ and $H_{ex}$), annual effective dose equivalent (AEDE), and gamma activity index ($I_\gamma$). The results indicated that while most sampling locations had radiological parameters below international safety limits, the Bisichi site (SA6) exhibited significantly elevated levels of radionuclides and hazard indices, suggesting potential health risks for farmers due to prolonged exposure to radon and its progeny.
The findings revealed that the mean absorbed dose rate at SA6 was 631.66 nGy/h, with a radium equivalent activity of 149.74 Bq/kg and a gamma activity index of 1.229, all exceeding global averages. Notably, the internal hazard index approached or exceeded unity at certain points, indicating a heightened risk of internal exposure. Conversely, other locations such as Shen (SA4), Rayfield (SA5), and Kuru (SA9) maintained radionuclide concentrations and radiological parameters within safe limits, underscoring the need for ongoing monitoring in mining-affected agricultural areas to mitigate potential health impacts. The study emphasizes the importance of regular assessments to ensure the safety of agricultural practices in proximity to mining activities.