O radão (222Rn) é um gás nobre, radioactivo, incolor e inodoro resultante da série de decaimento do urânio (238U). Este gás está presente em todo o tipo de materiais geológicos como rochas e solos e pode ser libertado destes para o ar atmosférico ou para a água, onde se dissolve. O radão pode ser um importante indicador de fenómenos que ocorrem em profundidade pelo que o seu estudo tem diversas aplicações, nomeadamente: (a) na identificação de falhas activas; (b) na monitorização sismovulcânica e (c) na prospecção geotérmica. Sendo o radão um gás radioactivo pode representar perigo em termos de saúde pública quando inalado/ingerido em concentrações elevadas, por períodos de tempo prolongados. Em espaços exteriores, este gás normalmente não representa perigo dada a sua dispersão no ar atmosférico, no entanto, quando se acumula em espaços interiores, como em edifícios, pode representar uma séria ameaça.
O Vulcão das Furnas, área de estudo do presente trabalho, corresponde a um centro traquítico poligenético. Este vulcão é encimado por uma depressão, resultante de duas fases distintas de formação de caldeira, no interior da qual ocorreram pelo menos 10 erupções vulcânicas nos últimos 5000 anos. Actualmente o Vulcão das Furnas apresenta diversas manifestações secundárias de vulcanismo, nomeadamente a presença de campos fumarólicos, de nascentes de água termal e gasocarbónica e de zonas de desgaseificação difusa através dos solos.
O estudo da desgaseificação difusa do radão centrou-se na análise da sua variação espacial e temporal no solo e em nascentes termais e frias gasocarbónicas. A realização da cartografia de desgaseificação difusa no solo contemplou medições da concentração de radão, de dióxido de carbono (CO2) e da temperatura. Os valores de concentração de radão oscilaram entre 0 e 387 527 Bq/m3, os valores da concentração de CO2 entre 0 e 100 %vol. e os valores de temperatura entre 16,5 e 100 ºC. A análise estatística dos dados através da representação gráfica (GSA) permitiu identificar a presença de diferentes populações. A simulação sequencial Gaussiana (sGs) serviu de base à elaboração de cartografia do tipo E, de cartas de probabilidade e do cálculo da incerteza associada às realizações efectuadas. As principais zonas de desgaseificação anómala identificadas encontram-se associadas à presença de estruturas vulcano-tectónicas, surgindo em zonas de falhas, em zonas associadas ao bordo da caldeira e em crateras, e à presença de campos fumarólicos. A distribuição das zonas anómalas permitiu também inferir alinhamentos com direcções NE-SW, NW-SE e E-W e identificar zonas com potencial interesse em termos de exploração geotérmica. As séries temporais da concentração de radão no solo foram obtidas em três pontos de amostragem distintos. Os valores de concentração deste gás obtidos oscilaram entre 0 e 153 000 Bq/m3. Para analisar e filtrar a influência de factores externos (factores meteorológicos e variações no fluxo de CO2) na variação da concentração de radão foi aplicada a análise de regressão múltipla e a análise espectral. No conjunto dos modelos de regressão propostos as variáveis que mostraram significância estatística são a pressão barométrica, a humidade do solo, a temperatura do solo, o fluxo de CO2 no solo, a temperatura do ar, a humidade relativa do ar e a velocidade do vento explicando entre 15,8 % e 73,6 % do total das variações dos dados ou dos dados log-transformados da concentração de radão no solo. A análise espectral permitiu apenas num dos locais de amostragem verificar a existência de variações sazonais, assim como, variações cíclicas diárias de um ciclo por dia, para os dados dos meses de Inverno. A temperatura do ar, a humidade relativa do ar e a velocidade do vento são as variáveis que apresentam correlação com a concentração de radão no solo associada às variações de um ciclo por dia. A análise das baixas frequências permitiu ainda o reconhecimento de variações periódicas associadas a 340, 48 e 15 dias.
A amostragem regular da concentração de radão e da temperatura foi efectuada no conjunto definido pelas nascentes Água Azeda, Água Azeda do Rebentão, Dr. Dinis, Caldeirão, Água da Prata, Dr. Miguel Henrique, Quenturas I, Quenturas II, Quenturas III, Grutinha I, Grutinha II e Torno. A selecção destas nascentes foi efectuada de modo a abranger os diferentes tipos presentes neste vulcão, nomeadamente, ortotermais, ortotermais gasocarbónicas, termais e termais gasocarbónicas. Os valores médios da concentração de radão variaram entre 1189 Bq/m3 na Água da Prata e 29 765 Bq/m3 na água Dr. Miguel Henrique. Relativamente à temperatura, os valores médios oscilaram entre 16,5 ºC na Água Azeda do Rebentão e 76,2 ºC na água do Caldeirão. As variações da concentração de radão e da temperatura nas nascentes amostradas parecem estar associadas às variações sazonais da pluviosidade, da humidade do solo e da temperatura do ar, expressa neste estudo pelos dados da temperatura do solo. Os valores de concentração de radão na água, assim como, das doses efectivas anuais calculadas são baixos, não ultrapassando em nenhum caso os limites propostos para as águas de abastecimento público pela Organização Mundial de Saúde.
A avaliação da qualidade do ar interior relativamente à presença de radão foi efectuada através de medições regulares em alguns edifícios seleccionados das freguesias das Furnas e Ribeira Quente e de ensaios de monitorização contínua da concentração deste gás e de CO2 no ar interior de três edifícios da freguesia das Furnas. A monitorização regular em edifícios das duas freguesias foi efectuada através da realização de duas amostragens, uma durante o Verão e outra no Inverno. Os valores obtidos foram superiores nos meses de Inverno do que nos meses de Verão. A
média anual calculada da concentração de radão no ar interior de edifícios destas freguesias oscilou entre 23 e 6403 Bq/m3 e a dose efectiva anual entre 0,4 e 107,6 mSv/ano. Cerca de 33 % dos edifícios amostrados na freguesia das Furnas e 21 % na freguesia da Ribeira Quente apresentam valores médios anuais da concentração deste gás superiores ao limite recomendado na legislação regional (150 Bq/m3) e 6 % na freguesia das Furnas apresentam doses efectivas anuais superiores ao limite recomendado pela Comissão Internacional de Protecção Radiológica e pela Organização Mundial de Saúde (10 mSv/ano).
A avaliação do risco de radão no ar, no que diz respeito à exposição humana, foi efectuada através da integração da cartografia da susceptibilidade de radão no solo e da vulnerabilidade do edificado. A cartografia da susceptibilidade de radão no solo permitiu verificar que nas freguesias das Furnas e Ribeira Quente existe uma importante área com susceptibilidade elevada ou muito elevada. Por outro lado, os edifícios das freguesias das Furnas e da Ribeira Quente apresentam na sua maioria vulnerabilidade elevada ou muito elevada. Em resultado, na cartografia do risco de radão no ar para estas duas freguesias os edifícios apresentam, maioritariamente, risco elevado ou muito elevado.
Nos ensaios de monitorização contínua realizados foi aplicada a análise de regressão múltipla e a análise espectral às séries temporais de dados obtidas de modo a compreender e filtrar a influência de factores externos (parâmetros meteorológicos, ventilação dos edifícios e pressão barométrica no interior dos edifícios). Os valores de concentração de radão obtidos oscilaram entre 0 e 16 700 Bq/m3 e os de CO2 variaram entre 0 e 8,5 %vol.. Nos modelos propostos as variáveis que surgem com significância estatística são a ventilação, o diferencial de pressão entre o interior e o exterior do edifício, a humidade do solo, a velocidade do vento, a concentração de CO2 no ar interior do edifício, a temperatura do ar e a humidade relativa do ar explicando entre 35,7 e 71 % das variações dos dados log-transformados da concentração de radão no ar interior destes edifícios. A análise espectral permitiu a identificação de variações cíclicas diárias associadas a um e a dois ciclos por dia para um dos locais de amostragem enquanto que o espectrograma apenas revela variações cíclicas diárias associadas a dois ciclos por dia. A pressão barométrica, a temperatura do ar, a humidade relativa do ar e a velocidade do vento são as variáveis correlacionadas com a concentração de radão no ar interior deste edifício associada às variações de dois ciclos por dia, para os períodos em que foi possível efectuar esta correlação. Na gama de baixas frequências do espectro reconhecem-se variações periódicas associadas a 682, 341 e 62 dias.
A realização deste trabalho permitiu obter a definição de um nível de referência da desgaseificação difusa do radão no solo que pode constituir uma importante ferramenta em termos de estratégias de monitorização sismovulcânica, de definição de zonas com potencial para a exploração geotérmica e de ordenamento de território. Também a identificação dos parâmetros externos que exercem influência nas variações temporais deste gás dá indicações quanto ao modo de resposta do radão em diferentes ambientes de desgaseificação. Tal é particularmente importante quando se considera a existência de espaços fechados como é o interior de edifícios onde a presença de radão pode atingir concentrações muito superiores às recomendadas pela legislação regional e pela Organização Mundial de Saúde, apenas em resultado de diferentes condições meteorológicas. As metodologias aplicadas podem ser estendidas a outras áreas de modo a caracterizar-se, através de cartografia, a desgaseificação difusa de radão ao nível do arquipélago.