La radiactividad ambiental se produce por los materiales radiactivos que se encuentran en el entorno humano. Mientras que algunos radioisótopos, como el estroncio 90 (90Sr) y el tecnecio 99 (99Tc), solo existen en la Tierra como resultado de la actividad humana, y otros, como el potasio 40 (40K), solo se produce por procesos naturales, algunos isótopos, como el tritio (3H), se deben tanto a procesos naturales como a actividades humanas. La concentración y ubicación de algunos isótopos naturales, en particular del uranio 238 (238U), pueden verse afectadas por la actividad humana.
Niveles en el suelo La radiactividad está presente en todas partes, y lo ha estado desde la formación de la tierra. Según el OIEA, los suelos suelen contener los siguientes radioisótopos naturales: 40K, 226Ra, 238U y 232Th. En un kg de tierra, el potasio 40 representa de media 370 Bq de radiación, y cada uno de los otros contribuye con una media de 25 Bq.Generic Procedures for Assessment and Response during a Radiological Emergency, OIEA, serieTECDOC, n° 1162, poblicado en 2000 Algunos suelos pueden presentar grandes variaciones de estos promedios.
Sedimentos marítimos y fluviales Un reciente informe sobre el río Sava de Serbia sugiere que muchos de los sedimentos fluviales contienen alrededor de 100 Bq kg-1 de radioisótopos naturales (226Ra, 232Th y 238U).Z. Vukovic, V. Sipka, D. Todorovic y S. Stankovic, Journal of Radioanalytical and Nuclear Chemistry, 2006, 268, p. 129–131. Según Naciones Unidas, la concentración normal de uranio en los suelos oscila entre 300 μg kg-1 y 11.7 mg kg-1.Comité Científico de Naciones Unidas sobre los Efectos de la Radiación Atómica, 1993, Informe a la Asamblea General con anexos científicos, Nueva York Es bien conocido el hecho de que ciertas plantas, llamadas hiperacumuladores, son capaces de absorber y concentrar metales en sus tejidos. El yodo se aisló en Francia por primera vez en algas, lo que sugiere que las algas son hiperacumuladores de yodo.
Los radioisótopos también pueden detectarse en el limo. Busby cita un informe de Garland y otros (1989) sobre la actividad del plutonio en los sedimentos en Gales, lo que sugiere que cuanto más cerca de Sellafield está un lugar, más alta es la concentración de plutonio en el limo.
Obra humana
derecha|300px|miniatura|Dosis en la tiroides per cápita detectados en los Estados Unidos continentales, resultantes de la exposición atmosférica a las pruebas nucleares realizadas en Nevada entre 1951 y 1962
La radiactividad adicional en la biosfera causada por la actividad humana debido a las emisiones de radiactividad inducida por el hombre y a los subproductos radiactivos, puede clasificarse en varios tipos.
Emisiones normales autorizadas, que ocurren durante la actividad habitual de una planta o proceso en el que intervengan materiales radiactivos artificiales. Por ejemplo, la emisión de 99Tc que se produce en el departamento de medicina nuclear de un hospital cuando un paciente a quien se ha hecho un escáner elimina el agente. Emisiones de materiales radiactivos artificiales que suceden durante un accidente industrial o de investigación. Por ejemplo, el accidente de Chernóbil. Emisiones resultantes de la actividad militar. Por ejemplo, las pruebas de armas nucleares. Emisiones resultantes de un delito. Por ejemplo, el accidente de Goiânia, en el que unos ladrones robaron varios equipos médicos, desconociendo su contenido radiactivo, lo que tuvo como consecuencia que numerosas personas quedaran expuestas a la radiación. Emisiones de subproductos radiactivos resultantes de la minería, etc. Por ejemplo, la emisión de trazas de uranio y torio del carbón quemado en las centrales térmicas.
Agricultura y transmisión de radiactividad a humanos El hecho de que un radioisótopo se encuentre en la superficie terrestre no significa que vaya a entrar en la cadena alimenticia humana. Los materiales radiactivos que se encuentran en el medio ambiente pueden llegar a los humanos por distintas vías, y es la química del elemento la que suele marcar la vía más probable.
miniatura|centro|600px|Los materiales radiactivos presentes en el aire pueden afectar a los humanos por distintas vías
Ganado En su libro «Radiactividad, radiación ionizante y energía nuclear», Jiří Hála afirma que el ganado solo transmite una mínima parte del estroncio, cesio, plutonio y americio que ingieren a los humanos que consumen leche y carne. Tomando el ejemplo de la leche, si una vaca ingiere diariamente 1 000 Bq de los isótopos mencionados, su leche presentará las siguientes cantidades:
90Sr: 2 Bq dm−3 137Cs: 5 Bq dm−3 239Pu: 0,001 Bq dm−3 241Am: 0,001 Bq dm−3
Suelos Jiří Hála afirma en su libro que existen grandes variaciones en la capacidad que presentan los distintos tipos de suelo para absorber radioisótopos. Las partículas de arcilla y los ácidos húmicos pueden alterar la distribución de los isótopos entre el suelo y el agua que contiene. El coeficiente de distribución Kd es la relación entre la radiactividad del suelo (Bq g−1) y la del agua que contiene (Bq ml−1). Si la radiactividad está firmemente fijada por los minerales del suelo, las plantas y pastos que crecen en dicho suelo absorberán menos radiactividad
Cs-137 Kd = 1000 Pu-239 Kd = de 10 000 a 100 000 Sr-90 Kd = de 80 a 150 I-131 Kd = de 0,007 a 50
Prueba Trinity
250px|derecha|miniatura|Emisiones alrededor del lugar de la prueba Trinity. La nube radiactiva se movió hacia el noreste, manteniendo altos niveles de roentgens durante unos 160km
Una gran fuente de radiactividad artificial son las pruebas de armas nucleares. Los cristales de trinitita formados por la primera bomba atómica contienen radioisótopos producidos por la activación neutrónica y la fisión nuclear. Además, hay varios isótopos naturales presentes. Un reciente artículoP.P. Parekh, T.M. Semkow, M.A. Torres, D.K. Haines, J.M. Cooper, P.M. Rosenberg y M.E. Kitto, Journal of Environmental Radioactivity, 2006, 85, pp. 103-120 expone los niveles de radioisótopos de vida larga en la trinitita. La trinitita está formada por feldespato y cuarzo fundidos a resultas del calor producido por la explosión. Se utilizaron dos muestras de trinitita, la primera extraída a una distancia entre 40 y 65 m de la zona cero y la segunda de una zona más alejada.
Productos de activación La acción de los neutrones sobre los isótopos estables pueden originar radioisótopos: por ejemplo, el bombardeo de neutrones (activación neutrónica) del nitrógeno-14 forma carbono-14. Este radioisótopo puede proceder del ciclo del combustible nuclear; es el radioisótopo responsable de la mayor parte de dosis experimentadas por la población que resultan de las actividades del sector de la energía nuclear.
Las pruebas de bombas nucleares han incrementado la actividad específica del carbono, mientras que el uso de combustibles fósiles la ha reducido. Para más detalles, véase el artículo sobre datación por radiocarbono.
Productos de la fisión
Las emisiones de las plantas nucleares producidas durante el ciclo del combustible nuclear introducen productos de la fisión en el medio ambiente. Las emisiones de las plantas de reprocesamiento nuclear suelen ser de radioisótopos de vida media o larga, consecuencia de que se deje enfriar el combustible nuclear durante varios años antes de disolverlo en ácido nítrico. Las emanaciones producidas en los accidentes de un reactor nuclear o la detonación de una bomba contienen una mayor cantidad de radioisótopos de vida corta (cantidades expresadas en Bq).
Vida corta miniatura|derecha|300px|Dosis gamma externa por persona cerca del lugar del accidente de Chernóbil
miniatura|derecha|300px|Proporción de los distintos isótopos en la dosis (en el aire) medida en el área contaminada poco después del accidente
Un ejemplo de producto de fisión de vida corta es el yodo-131, que también puede formarse como producto de la activación neutrónica del telurio.
Tanto en las emisiones de una bomba como en las emanaciones de un accidente de un reactor nuclear, los isótopos de vida corta causan que el índice de las dosis sea mucho más alto el primer día que en días muy posteriores, fenómeno que se produce aunque no se intente descontaminar la zona. En los gráficos a la derecha se muestran el índice total de rayos gamma y la proporción de cada isótopo emitido en el accidente de Chernóbil.
Vida media Un ejemplo de vida media es el 137Cs, cuyo periodo de semidesintegración es de 30 años. El cesio se encuentra en las emisiones de una bomba nuclear y en el ciclo del combustible nuclear. Según un artículo sobre la radiactividad encontrada en las ostras del Mar de Irlanda, en la espectroscopía gamma se apreciaron trazas de 141Ce, 144Ce, 103Ru, 106Ru, 137Cs, 95Zr and 95Nb. También se encontró el producto de activación 65Zn, se cree que procedente de la corrosión del revestimiento de magnox de los estanques de refrigeración.A. Preston, J.W.R. Dutton y B.R. Harvey, Nature, 1968, 218, pp. 689-690. Es probable que las emisiones actuales de todos estos isótopos de la planta de reprocesamiento de Sellafield sean menores.
Una importante parte de las emanaciones de Chernóbil estaban compuestas por cesio-137, responsable de la exposición externa a largo plazo (al menos un año después del incendio) que se produjo en el lugar. Los isótopos de cesio en las emanaciones han tenido un fuerte efecto en la agricultura .
En el accidente de Goiânia se emitió una gran cantidad de cesio, al sustraerse una fuente radiactiva de uso médico que después se abrió a golpes con la intención de convertirla en chatarra. El accidente podría haberse evitado en varios momentos: los últimos dueños legales no depositaron la fuente en un lugar seguro, y los trabajadores que procesaron la chatarra no reconocieron los símbolos que la marcaban como objeto radiactivo.
Un informe de Soudek y otros (2006) detalla la absorción de 90Sr y 137Cs en girasoles procedentes de cultivos hidropónicos.P. Soudek, Š. Valenová, Z. Vavříková y T. Vaněk, Journal of Environmental Radioactivity, 2006, 88, pp. 236-250 Se encontró cesio en las nervaduras de las hojas, en el tallo y en las hojas apicales. Según el informe, un 12% del cesio y un 20% del estroncio entraron en la planta. Este informe también explica el efecto del potasio, el amonio y el calcio en la absorción de radioisótopos.
El cesio de fija firmemente en minerales arcillosos como la illita y la montmorillonita, así permanece en las capas superiores del suelo, desde donde puede ser absorbido por plantas de raíz poco profunda. Es así como las gramíneas y las setas pueden presentar una considerable cantidad de 137Cs que puede pasar a los humanos a través de la cadena alimentaria. Una medida efectiva para reducir los niveles de 137Cs es labrar el suelo en profundidad. Con ello se consigue que el 137Cs quede fuera del alcance de las raíces poco profundas de las gramíneas, lo que en consecuencia reducirá el nivel de radiactividad del pasto. Después de una guerra nuclear o un accidente grave, eliminar los centímetros superiores de un suelo y enterrarlos en una zanja reduce la dosis de rayos gamma a largo plazo procedentes del 137Cs en los humanos porque se atenuarán los protones a su paso por el suelo. Cuanto más profunda sea la zanja y más lejos se encuentre de los asentamientos humanos, mejor será el nivel de protección de la población.