II. ΜΕΤΡΗΣΗ ΕΝΕΡΓΟΤΗΤΑΣ ΠΕΤΡΩΜΑΤΩΝ ΤΩΝ ΚΥΡΙΩΝ ΓΕΩΛΟΓΙΚΩΝ ΣΧΗΜΑΤΙΣΜΩΝ ΤΗΣ ΚΥΠΡΟΥ

II. ΜΕΤΡΗΣΗ ΕΝΕΡΓΟΤΗΤΑΣ ΠΕΤΡΩΜΑΤΩΝ ΤΩΝ ΚΥΡΙΩΝ ΓΕΩΛΟΓΙΚΩΝ ΣΧΗΜΑΤΙΣΜΩΝ ΤΗΣ ΚΥΠΡΟΥ Α. Στοιχεία από τη γεωλογία της Κύπρου 1. Εµφάνιση της Κύπρου Η κατάδυση της Αφρικανικής ή άλλης µικρότερης πλάκας κάτω από την Ευρωασιατική προκάλεσε την αποκοπή του ωκεάνιου φλοιού και µέρους του ανώτερου µανδύα της γης, µε αποτέλεσµα την ανοδική τους κίνηση και τη µερική ανύψωσή τους. Πιστεύεται, όµως, ότι η κύρια ανυψωτική δύναµη προήλθε από τη σερπεντινίωση (εφυδάτωση) των πετρωµάτων του ανώτερου µέρους του µανδύα της γης (χαρτζβουργίτη), που είχε ως αποτέλεσµα τη σηµαντική αύξηση του όγκου των πετρωµάτων µε επακόλουθο τη µείωση του ειδικού βάρους και τη σταδιακή ανύψωση του εφυδατωµένου µέρους του ανώτερου µανδύα της γης. Η ανύψωση υπολογίζεται ότι άρχισε πριν από 70 εκατοµµύρια χρόνια και συνεχίζεται, πιθανώς, µέχρι σήµερα. Τρόοδος Ανυψούµενο µάγµα Τάφρος Αφρικανική πλάκα Κατάδυση πλάκας Αφρική Μανδύας Ωκεάνιος φλοιός Ασθενόσφαιρα Μεσόσφαιρα Σχήµα 1. Η κατάδυση της Αφρικανικής ή άλλης µικρότερης πλάκας κάτω από την Ευρωασιατική προκάλεσε τη σταδιακή ανύψωση της Κύπρου. Η πρώτη ξηρά στην περιοχή του Τροόδους κάνει την εµφάνισή της κατά την Κατώτερη Μειόκαινη Εποχή, πριν από 20 εκατοµµύρια περίπου χρόνια. Γύρω από το µικρό νησί που δηµιουργήθηκε, τα νερά είναι γενικά αβαθή και σχηµατίζονται ύφαλοι και λιµνοθάλασσες. Αργότερα, λόγω καταστροφικών τεκτονικών κινήσεων κυρίως στη 1

βόρεια πλευρά της Κύπρου, τεράστια τεµάχια ασβεστόλιθων και δολοµιτών εναποτέθηκαν βορειότερα του Τροόδους, ανυψώθηκαν πάνω από την επιφάνεια της θάλασσας και σχηµάτισαν ένα δεύτερο νησί, τη σηµερινή οροσειρά του Πενταδάκτυλου. Η λεκάνη µεταξύ των δυο νησιών διαβρέχεται από αβαθή έως αρκετά βαθιά νερά και δέχεται τα προϊόντα της διάβρωσης των ασβεστόλιθων του Πενταδάκτυλου και των εκρηξιγενών πετρωµάτων του Τροόδους. Κατά την περίοδο αυτή διαµορφώνονται µεγάλος αριθµός λιµνοθαλασσών που αποκόπηκαν µερικώς από την υπόλοιπη θάλασσα, τα κοιτάσµατα των εβαποριτών της Κύπρου, δηλ. γύψων, σελεστίτη και άλατος. Στα τέλη της Πλειστόκαινης περιόδου (1.8 εκ. χρόνια πριν), ολόκληρη σχεδόν η Κύπρος βρίσκεται πάνω από τη θάλασσα, µε εξαίρεση ορισµένες κοιλάδες και παράλιες περιοχές των οποίων η ανύψωση συµπληρώνεται πολύ πρόσφατα, µόλις 100,000 χρόνια προηγουµένως. Η κορυφή του Τροόδους εκτείνεται σήµερα σ ένα υψόµετρο περί τα 2,000 µέτρα πάνω από την επιφάνεια της θάλασσας και υφίσταται έντονη διάβρωση προς όλο το νησί (αµµοχάλικα, χαβαροχάλικα). 2. Οφιολιθικό σύµπλεγµα Τροόδους Η οροσειρά του Τροόδους αποτελείται από το Εκρηξιγενές ή Οφιολιθικό Σύµπλεγµα Τροόδους και αποτελεί τη γεωλογική και µορφολογική σπονδυλική στήλη της Κύπρου πάνω στην οποία έχει κτισθεί ολόκληρο το νησί. ΟΦΙΟΛΙΘΙΚΟ ΣΥΜΠΛΕΓΜΑ ΤΡΟΟ ΟΥΣ Ιζήµατα Ορίζοντας λαβών Πολλαπλές φλέβες Γάββρος Σχήµα 2. Το Οφιολιθικό Σύµπλεγµα Τροόδους αποτελεί τη γεωλογική και µορφολογική σπονδυλική στήλη της Κύπρου. 2

Έχει έκταση 3,000 τετραγωνικών χιλιοµέτρων και υπολογίζεται ότι δηµιουργήθηκε κατά την Κρητιδική περίοδο στο βυθό της Τηθύος θάλασσας, που την εποχή εκείνη κάλυπτε το γεωγραφικό χώρο από τα Πυρηναία και τις Άλπεις µέχρι τα Ιµαλάια (η Μεσόγειος θάλασσα υπό τη σηµερινή της µορφή είναι ό,τι έχει αποµείνει από τον αρχαίο αυτό ωκεανό). Η σύσταση των πετρωµάτων που αποτελούν το Οφιολιθικό Σύµπλεγµα Τροόδους είναι γενικά παρόµοια µε τη σύσταση των πετρωµάτων που αποτελούν τους σηµερινούς φλοιούς των ωκεανών. Το Τρόοδος αποτελεί διεθνές πρότυπο για το σηµερινό ορισµό του όρου «οφιόλιθος», που περιλαµβάνει µια σειρά πετρωµάτων µέρους του φλοιού των ωκεανών και του ανώτερου στρώµατος του µανδύα της γης όπως σερπεντινίτη, πίλλοου λαβών και ραδιολαριτικών κερατολίθων. Από κάτω προς τα πάνω διακρίνουµε την ακόλουθη σειρά πετρωµάτων: α. Χαρτζβουργίτης µε φακούς δουνίτη: Θεωρείται ως το δύστηκτο υλικό που παρέµεινε µετά τη µερική τήξη του ανώτερου τµήµατος του µανδύα και το σχηµατισµό µάγµατος βασαλτικής σύστασης. Το µάγµα αυτό ανέρχεται προς τα πάνω και δηµιουργεί θαλάµους ή θύλακες πάνω από το µανδύα. Ένα µέρος του µάγµατος συνεχίζει την ανοδική του πορεία υπό µορφή φλεβών και τελικά εκχύνεται στο βυθό του ωκεανού για να σχηµατίσει τις πίλλοου-λάβες. Ο χαρτζβουργίτης αποτελείται βασικά από τα ορυκτά ολιβίνη [(Mg,Fe) 2 SiO 4 ] και ενσταντίνη και ελάχιστο χρωµίτη. Στο σερπεντινιωµένο χαρτζβουργίτη που σχηµατίζεται υπό την επίδραση νερού, βρίσκονται τα γνωστά κοιτάσµατα αµιάντου, ενώ τα κοιτάσµατα χρωµίτη περιορίζονται στο κατώτερο µέρος και συνδέονται µε τους φακούς και ζώνες δουνίτη. β. ουνίτης, βερλίτης, πυροξενίτης: Σειρά υπερβασικών πετρωµάτων τα οποία προήλθαν από την κρυσταλλοποίηση του µάγµατος των θαλάµων και εναποτέθηκαν πάνω σε στρώµατα χαρτζβουργίτη. Τα πρώτα ορυκτά που κρυσταλλώνονται είναι ο ολιβίνης και ο χρωµίτης (FeCr 2 O 4 ), τα οποία καθιζάνουν στον πυθµένα του µαγµατικού θαλάµου σχηµατίζοντας τα πετρώµατα δουνίτη και συγκεντρώσεις χρωµίου. Σε ψηλότερα επίπεδα αρχίζει η κρυστάλλωση του ορυκτού κλινοπυρόξενος (CaMgSi 2 O 6 ), το οποίο µαζί µε τα δυο προηγούµενα δίδει το πέτρωµα βερλίτης. Στη συνέχεια κρυσταλλώνεται το ορυκτό πλαγιόκλαστο (NaAlSi 3 O 8 CaAl 2 Si 2 O 8 ) για να σχηµατιστούν οι διάφοροι τύποι γάββρου. Το µάγµα που παραµένει είναι εµπλουτισµένο σε οξείδιο του πυριτίου (SiO 2 ) και µε την κρυστάλλωσή του σχηµατίζει το πέτρωµα πλαγιογρανίτης. γ. Γάββροι και πλαγιογρανίτες: Οι γάββροι προήλθαν, όπως και τα προηγούµενα πετρώµατα, από σταδιακή κρυστάλλωση του µάγµατος των θαλάµων. Τα κύρια συστατικά τους είναι τα ορυκτά πυρόξενοι, πλαγιόκλαστα και ολιβίνης. Οι πλαγιογρανίτες αποτελούνται από χαλαζία, πλαγιόκλαστα, κεροστίλβη και επίδοτο. δ. Σύστηµα πολλαπλών φλεβών: Τους γάββρους και πλαγιογρανίτες διαδέχεται σταδιακά προς τα πάνω το σύστηµα πολλαπλών φλεβών ή διαβάσης, που αποτελείται 3

από σειρά βασαλτικών και δολεριτικών φλεβών. Στο διαβάση βρίσκονται τα περισσότερα λατοµεία θραυστών σκύρων και άµµου. ε. Πίλλοου-λάβες: Ο διαβάσης σταδιακά µεταπίπτει προς τα πάνω στη σειρά λαβών του Τροόδους. Ο Κατώτερος Ορίζοντας αποτελείται κυρίως από βασάλτες και ανδεσίτες και σ αυτόν βρίσκονται τα γνωστά κοιτάσµατα χαλκούχων σιδηροπυριτών της Κύπρου. Ο Ανώτερος Ορίζοντας των λαβών αποτελείται κυρίως από πίλλοου-λάβες και ακανόνιστου σχήµατος εκχύσεις λαβών. Η σύσταση τους είναι κυρίως βασαλτική µε ποικιλίες ολιβινικών βασαλτών και υπερβασικών λαβών. Km 0 2 ΣΤΡΩΜΑ 6 ΣΤΡΩΜΑ 5 ΣΤΡΩΜΑ 4 ΟΦΙΟΛΙΘΙΚΟ ΜΟΝΤΕΛΟ ΙΖΗΜΑΤΑ ΠΙΛΛOΟΥ-ΛΑΒΕΣ ΙΑΒΑΣΗΣ 4 6 8 ΣΤΡΩΜΑ 3 ΓΑΒΒΡΟΣ ΣΤΡΩΜΑΤΟΠΟΙΗΜΕΝΟΣ ΓΑΒΒΡΟΣ 10 12 ΣΤΡΩΜΑΤΑ 1, 2 ΥΠΕΡΒΑΣΙΚΑ ΠΕΤΡΩΜΑΤΑ ΧΑΡΤΖΒΟΥΡΓΙΤΗΣ (ΜΑΝ ΥΑΣ) Σχήµα 3. Η σύσταση των πετρωµάτων του Οφιολιθικού Συµπλέγµατος Τροόδους είναι παρόµοια µε τη σύσταση των πετρωµάτων που αποτελούν τους σηµερινούς φλοιούς των ωκεανών. Η Κύπρος χωρίζεται σε τέσσερις γεωτεκτονικές ζώνες οι οποίες, εκτός από αυτή του Οφιολιθικού Συµπλέγµατος Τροόδους, δεν παρουσιάζουν ιδιαίτερο γεωλογικό ενδιαφέρον: την οροσειρά του Πενταδάκτυλου, την πεδιάδα της Μεσαορίας και τη ζώνη της νοτιοδυτικής Κύπρου (Μαµµωνιών). Τα πετρώµατα που αποτελούν τις ζώνες 4

αυτές είναι κυρίως ασβεστολιθικά και δολοµίτες (οροσειρά Πενταδάκτυλου), ιζηµατογενή και άλλα µαλακά πετρώµατα όπως κιµωλίες, κερατόλιθοι, µάργες, ψαµµίτες, αµφιβόλιθοι, φυλλίτες και µάρµαρα. 3. Άλλα ορυκτά Η γύψος (CaSO 4.2H 2 O) είναι ορυκτό που απαντάται σε πολλές περιοχές της Κύπρου, όπου σχηµατίζει µεγάλα τοπικά κοιτάσµατα. Έχει περιεκτικότητα σε θειικό ασβέστιο γύρω στα 95% ή περισσότερο και θεωρείται ότι οι αποθέσεις της σχηµατίστηκαν από την εξάτµιση του θαλάσσιου νερού. Τέτοιες συνθήκες εξάτµισης δηµιουργήθηκαν στην Κύπρο και γενικά σε ολόκληρη τη Μεσόγειο κατά την Μεσσήνιο εποχή, όταν λόγω της κίνησης των λιθοσφαιρικών πλακών έκλεισαν τα στενά του Γιβραλτάρ και η εναπόθεση γλυκού νερού στην κλειστή λιµνοθάλασσα ήταν µικρότερη από την εξάτµιση που λάµβανε χώρα. Στην Κύπρο συναντά κανείς τέσσερις τύπους του ορυκτού γύψος: το σακχαροειδή, το σελενίτη, τα µάρµαρα και το αλάβαστρο. Ο σακχαροειδής τύπος αποτελείται από µεγάλου µεγέθους κόκκους σε χονδροπλακοειδή στρώµατα ενώ ο σελενίτης είναι διαφανής γύψος µε µεγάλους δίδυµους κρυστάλλους. Τα µάρµαρα είναι ο τύπος γύψου που χωρίζεται εύκολα σε λεπτές πλάκες και το αλάβαστρο είναι συµπαγής λευκή και ηµιδιαφανής γύψος. Ο µπεντονίτης είναι αργιλικό συνεκτικό έδαφος του οποίου κύριο συστατικό είναι το ορυκτό µοντµοριλονίτης. Χαρακτηριστική του ιδιότητα είναι η διόγκωσή του µε την απορρόφηση νερού και η συρρίκνωσή του µε την αποβολή νερού. Η ποσότητα νερού που µπορεί να απορροφήσει φθάνει µέχρι και πέντε φορές το βάρος του και συνοδεύεται µε αύξηση στον όγκο του µέχρι και δεκαπέντε φορές. Ο ασβέστης (οξείδιο του ασβεστίου) παράγεται βιοµηχανικά µέσω της εκκαµίνευσης του ασβεστόλιθου, που αποτελείται βασικά από ανθρακικό ασβέστιο, σε θερµοκρασίες µεταξύ 1000 και 1300 C. Η ενυδάτωση του ασβέστη δίδει την υδράσβεστο (υδροξείδιο του ασβεστίου). Ο σελεστίτης είναι ορυκτό του στροντίου (SrS0 4 ). Μικρό κοίτασµα ανακαλύφθηκε στην περιοχή Μαρωνίου, όπου ο σελεστίτης βρίσκεται υπό µορφή εµποτισµών σε ασβεστόλιθους ή υπό µορφή στρώσεων µε παρεµβολές ασβεστόλιθων. Β. Αποτελέσµατα και ανάλυση µετρήσεων Τα δείγµατα που αναλύθηκαν συλλέχθηκαν δειγµατοληπτικά από όλη την Κύπρο, ώστε να αντιπροσωπεύονται όλα τα γνωστά κύρια πετρώµατα που περιγράφηκαν προηγουµένως. Ιδιαίτερη έµφαση έχει δοθεί στη συλλογή πετρωµάτων που συναντώνται στο Οφιολιθικό Σύµπλεγµα Τροόδους. Στο χάρτη του Σχήµατος 4 δίδεται µια γενική εικόνα της γεωλογικής σύστασης της Κύπρου, ενώ στον Πίνακα 1 φαίνονται 5

οι διεθνείς ονοµασίες των πετρωµάτων καθώς και οι κωδικοί αριθµοί που τους έχουν δοθεί. Σχήµα 4. Γεωλογικός χάρτης της Κύπρου. 6

ΠΙΝΑΚΑΣ 1. Οι τύποι κυπριακών πετρωµάτων που έχουν αναλυθεί. Κωδικός αριθµός Επιστηµονική ονοµασία Ελληνική ονοµασία 1 Red Clay Soil (Τerra Rosa) Κοκκινόχωµα 2 Troodos Upper Pillow lavas (Olivine Basalt, Picrite Basalt) Ανώτερος Ορίζοντας πίλλoου-λαβών (ολιβινικός βασάλτης, πικρίτης) 3 Troodos Lower Pillow lavas (Oversaturated Basalt) Κατώτερος Ορίζοντας πίλλoου-λαβών (υπερκορεσµένοι βασάλτες) 4 Sheeted Dyke Complex (Diabase) Σύστηµα πολλαπλών φλεβών ( ιαβάσης) 5 Gabbro Γάββρος 6 Plagiogranite Πλαγιογρανίτης 7 Asbestos Mine Waste Tip Material Στείρα υλικά από επεξεργασία αµιάντου 8 Harzburgite Χαρτζβουργίτης 9 Wehrlite Βερλίτης 10 Dunite ουνίτης 11 Pyroxenite Πυροξενίτης 12 Limestone Ασβεστόλιθος 13 Pediaios River Alluvium Αποθέσεις ποταµού Πεδιαίου 14 Mathiatis Pyrite Mine Tippings Σιδηροπυρίτης από Μαθιάτη 15 Diabase, Limnatis ιαβάσης, Λιµνάτης 16 Diabase, Arakapas ιαβάσης, Αρακαπάς 17 Klavdhia, Raised Marine Terrace Deposits Αποθέσεις θαλάσσιων αναβαθµίδων (Κλαυδιά) 18 Celestite Σελεστίτης 19 Gypsum Γύψος 20 Chalk Κρητίδα (κιµωλία) 21 Melange Συνωθύλευµα 22 Stratified Mamonia Ιζηµατογενή πετρώµατα Μαµωνιών 23 Montmorilonite (Bentonitic clay) Μοντµοριλονίτης (Μπετονίτης) 24 Marl (Nicosia centre) Μάργα (κέντρο Λευκωσίας) 25 Calcareous Sandstone Ασβεστιτικός ψαµµίτης 26 Marl (Dhali area) Μάργα (περιοχή Ιδαλίου) 27 Marl (Nicosia suburbs) Μάργα (προάστεια Λευκωσίας) Στο Σχήµα 5 φαίνεται το φάσµα εκποµπής του δείγµατος «Red Clay Soil» (Τerra Rosa) µε τον κωδικό αριθµό 1 που µετρήθηκε µε live-time 70,000 secs και στο οποίο διακρίνεται η κορυφή των 1461 kev του Κ-40 να δεσπόζει όλων των υπολοίπων φωτοκορυφών εκποµπής των διαφόρων ραδιοϊσοτόπων, καθώς και η αιχµή Compton που δηµιουργεί. Πρέπει να σηµειωθεί ότι στον κατακόρυφο άξονα στον οποίο παρουσιάζεται ο αριθµός των καταγραφέντων γεγονότων, έχει χρησιµοποιηθεί 7

λογαριθµική κλίµακα µε σκοπό την καλύτερη διάκριση των µικρότερων σε ένταση φωτοκορυφών. Σχήµα 5. Το φάσµα εκποµπής του δείγµατος µε κωδικό αριθµό 1: Red Clay Soil (Terra Rosa). 8

Από την ανάλυση όλων των δειγµάτων, τα αποτελέσµατα που αφορούν την ολική ενεργότητα συγκεντρώνονται στον Πίνακα 2. Παρατηρούµε ότι τα επίπεδα καθαρής ολικής ενεργότητας των δειγµάτων (τα επίπεδα υποβάθρου έχουν αφαιρεθεί) αρχίζουν από σχεδόν µηδενικές τιµές (δείγµατα 7, 8, 9, 10, 11 κτλ.) και φθάνουν µέχρι τα 1000 Βq/kg περίπου (δείγµα 17). ΠΙΝΑΚΑΣ 2. Συγκριτικός πίνακας της ολικής ενεργότητας (µεταξύ 20 και 3400 kev) που παρουσιάζουν τα διάφορα δείγµατα κυπριακών πετρωµάτων. Α/Α Περιγραφή πετρώµατος Ολική ενεργότητα (Bq/kg) Καθαρή ενεργότητα (Bq/kg) 1 RedClaySoil (Τerra Rosa) 866.3 ± 18.5 699.3 ± 23.9 2 Troodos Upper Pillow lavas (Olivine Basalt, Picrite Basalt) 1088.3 ± 44.4 916.7 ± 47.1 3 Troodos Lower Pillow lavas (Oversaturated Basalt) 465.7 ± 30.4 329.2 ± 32.8 4 Sheeted Dyke Complex (Diabase) 253.8 ± 10.4 124.8 ± 15.7 5 Gabbro 204.5 ± 17.2 71.9 ± 21.0 6 Plagiogranite 259.0 ± 14.2 121.5 ± 18.9 7 Asbestos Mine Waste Tip Material 147.0 ± 12.3-5.0 ± 18.5 8 Harzburgite 139.6 ± 11.7-6.5 ± 17.7 9 Wehrlite 121.4 ± 9.4 9.4 ± 13.9 10 Dunite 163.9 ± 13.1 5.4 ± 19.5 11 Pyroxenite 127.8 ± 10.7-7.7 ± 16.3 12 Limestone 177.0 ± 10.5 25.0 ± 17.4 13 Pediaios River Alluvium 561.9 ± 32.9 374.9 ± 37.0 14 Mathiatis Pyrite Mine Tippings 442.6 ± 19.6 234.8 ± 27.2 15 Diabase, Limnatis 401.6 ± 18.9 244.5 ± 23.7 16 Diabase, Arakapas 219.7 ± 12.9 87.1 ± 17.7 17 Klavdhia, Raised Marine Terrace Deposits 1302.3 ± 37.7 1005.5 ± 46.4 18 Celestite 201.4 ± 34.8 53.0 ± 37.3 19 Gypsum 186.0 ± 30.3-21.8 ± 35.7 20 Chalk 299.3 ± 19.8 122.9 ± 25.5 21 Melange 816.1 ± 47.5 641.3 ± 50.1 22 Stratified Mamonia 481.8 ± 20.8 348.2 ± 24.1 23 Montmorilonite (Bentonitic clay) 749.3 ± 29.6 560.4 ± 34.2 24 Marl (Nicosia centre) 418.0 ± 30.4 266.0 ± 33.4 25 Calcareous Sandstone 335.3 ± 15.8 192.6 ± 20.4 26 Marl (Dhali area) 736.3 ± 32.2 518.9 ± 37.8 27 Marl (Nicosia suburbs) 1076.3 ± 35.5 861.4 ± 40.5 9

Πιο συγκεκριµένα, 10από τα µετρηθέντα δείγµατα παρουσιάζουν πολύ χαµηλή ολική ενεργότητα (από 0 µέχρι 100 Βq/kg), 12 παρουσιάζουν ενεργότητα µέχρι 600 Βq/kg, ενώ 5 µόνο από το σύνολο των δειγµάτων εµφανίζονται µε ενεργότητα µεγαλύτερη από 600 Βq/kg. Μια πιο κατατοπιστική αποτύπωση των πιο πάνω πληροφοριών γίνεται στο διάγραµµα του Σχήµατος 6, όπου οι στήλες απεικονίζουν τις καθαρές ενεργότητες των δειγµάτων µε τα σφάλµατά τους (η ενεργότητα της ακτινοβολίας υποβάθρου έχει αφαιρεθεί), ενώ η πράσινη γραµµή παριστάνει το µηδέν. Σχήµα 6. Συγκριτική γραφική αναπαράσταση της καθαρής ολικής ενεργότητας των δειγµάτων κυπριακών πετρωµάτων. 10

Γ. Υπολογισµός συγκέντρωσης θορίου, ουρανίου και καλίου στα διάφορα δείγµατα. Οι ραδιενεργές συγκεντρώσεις στα δείγµατα πετρωµάτων που συνελέγησαν από τις διάφορες περιοχές της Κύπρου µπορούν να καθοριστούν από τις µετρήσεις των ακτίνων γάµµα που εκπέµπονται από συγκεκριµένα ραδιοϊσότοπα των ραδιενεργών σειρών του ουρανίου και του θορίου, καθώς και από το κάλιο. Αυτές οι συγκεντρώσεις, αν και συγκεκριµένες σε κάποια µόνο ραδιοϊσότοπα, χρησιµοποιούνται για τον υπολογισµό της συγκέντρωσης κάθε στοιχείου που αναφέρεται πιο πάνω στα διάφορα δείγµατα πετρωµάτων. Οι συγκεντρώσεις του Th-232 καθορίζονται από τη µέση συγκέντρωση των Pb-212 και Ac-228 στα δείγµατα, ενώ η συγκέντρωση του U-238 καθορίζεται από τη µέση συγκέντρωση των Pb-214 και Bi-214. Η ολική συγκέντρωση του θορίου και του ουρανίου αναφέρονται σε µονάδες µερών στο εκατοµµύριο (parts per million, ppm), ενώ η συγκέντρωση για το κάλιο αναφέρεται σε µονάδες επί τοις εκατόν. Υποθέτουµε ότι κάποιο ραδιενεργό µητρικό στοιχείο Ε 1 µιας φυσικής ραδιενεργής σειράς διασπάται µε µια σταθερά διάσπασης λ 1 σε κάποιο θυγατρικό ισότοπο Ε 2, που και αυτό κάτω από µια σταθερά διάσπασης λ 2 διασπάται σε κάποιο άλλο θυγατρικό ισότοπο Ε 3, όπως φαίνεται στο διάγραµµα που ακολουθεί: λ1 λ2 Ε Ε Ε 1 2 3 Εάν η σταθερά διάσπασης λ 1 είναι κατά πολύ µικρότερη από τη σταθερά διάσπασης λ 2 (λ 1! λ 2 ), τότε ισχύει ότι οι ενεργότητες Α i των στοιχείων Ε 1 και Ε 2 βρίσκονται σε ισορροπία και είναι κατά προσέγγιση ίσες. Έτσι, για τη διάσπαση του ουρανίου έχουµε: λ (U-238) λ (Pb-214) U-238 Pb-214 Bi-214 και αφού λ U-238! λ Pb-214 συνεπάγεται ότι Α U-238 Α Pb-214 Α Bi-214. H συγκέντρωση του στοιχείου Ε σ ένα δείγµα, F E, σε µονάδες % ή ppm είναι δυνατό να υπολογιστεί από τη σχέση F E K M 1 n E λ E NA fa, E n i= 1 = A i όπου ως Μ Ε εκφράζεται η ατοµική µάζα του µητρικού ισοτόπου σε µονάδες g/mol, λ E η σταθερά διάσπασής του (s -1 ), Ν Α η σταθερά του Avogadro (6.023 10 23 άτοµα/mol), f A,E η ποσοστιαία αναλογία των ισοτόπων Th-232, U-238 και K-40 στη φύση, Κη πολλαπλασιαστική σταθερά µε τιµή 100 ή 1,000,000 που µετατρέπειτολόγοτης µάζας του στοιχείου προς τη µάζα του δείγµατος σε ποσοστό επί τοις εκατόν ή ppm αντίστοιχα και Α i η ενεργότητα του καλίου (n=1) ή των επιλεγµένων θυγατρικών ισοτόπων των ουρανίου και θορίου (n=2). 11

Τα αποτελέσµατα µιας τέτοιας ανάλυσης όπως αυτής που έχει περιγραφεί πιο πάνω που αφορούν τη συγκέντρωση των τριών υπό διερεύνηση ραδιοϊσοτόπων (θορίου, ουρανίου και καλίου) στα δείγµατα κυπριακών πετρωµάτων αναγράφονται στον Πίνακα 3, ενώ γραφικάτααποτελέσµατα αυτά δίδονται στο διάγραµµα του Σχήµατος 7. ΠΙΝΑΚΑΣ 3. Οι συγκεντρώσεις θορίου, ουρανίου και καλίου για τα δείγµατα κυπριακών πετρωµάτων. Κωδικός αριθµός δείγµατος Συγκέντρωση θορίου (ppm) Συγκέντρωση ουρανίου (ppm) Συγκέντρωση καλίου (%) 1 9.4 ± 0.3 1.7 ± 0.1 1.4 ± 0.1 2 0.8 ± 0.1 0.2 ± 0.1 2.9 ± 0.1 3 0.7 ± 0.1 0.4 ± 0.1 1.0 ± 0.1 4 0.7 ± 0.1 0.2 ± 0.1 0.3 ± 0.1 5 0.4 ± 0.1 0.1 ± 0.1 0.2 ± 0.1 6 0.7 ± 0.1 0.2 ± 0.1 0.4 ± 0.1 7 0.4 ± 0.1 0.1 ± 0.1 0.1 ± 0.1 8 0.4 ± 0.1 0.1 ± 0.1 0.1 ± 0.1 9 0.3 ± 0.1 0.1 ± 0.1 0.0 ± 0.1 10 0.3 ± 0.1 0.1 ± 0.1 0.1 ± 0.1 11 0.4 ± 0.1 0.1 ± 0.1 0.0 ± 0.1 12 0.5 ± 0.1 0.7 ± 0.1 0.1 ± 0.1 13 3.3 ± 0.1 1.4 ± 0.1 0.9 ± 0.1 14 0.6 ± 0.1 4.1 ± 0.1 0.1 ± 0.1 15 3.7 ± 0.1 1.1 ± 0.1 0.4 ± 0.1 16 1.0 ± 0.1 0.3 ± 0.1 0.2 ± 0.1 17 5.2 ± 0.2 7.3 ± 0.2 0.8 ± 0.1 18 0.6 ± 0.1 4.5 ± 0.1 0.1 ± 0.1 19 0.7 ± 0.1 0.3 ± 0.1 0.1 ± 0.1 20 2.3 ± 0.1 0.4 ± 0.1 0.3 ± 0.1 21 13.0 ± 0.4 1.3 ± 0.1 1.3 ± 0.1 22 4.9 ± 0.1 0.6 ± 0.1 0.8 ± 0.1 23 10.0 ± 0.3 1.5 ± 0.1 0.9 ± 0.1 24 1.7 ± 0.1 0.7 ± 0.1 0.6 ± 0.1 25 2.1 ± 0.1 1.8 ± 0.1 0.2 ± 0.1 26 2.6 ± 0.1 1.5 ± 0.1 1.1 ± 0.1 27 7.5 ± 0.2 3.3 ± 0.1 1.4 ± 0.1 12

Σχήµα 7. Γραφική απεικόνιση των συγκεντρώσεων θορίου, ουρανίου και καλίου για τα δείγµατα κυπριακών πετρωµάτων. Για σκοπούς σύγκρισης, αναφέρονται κάποιες συγκεντρώσεις θορίου και ουρανίου σε επιφανειακά χώµατα που λήφθηκαν σε περισσότερες από 300 τοποθεσίες στις Ηνωµένες Πολιτείες (1983), που κυµαίνονται ενδεικτικά στα (8.9 ± 4.2) ppm και (3.0 ± 2.5) ppm αντίστοιχα. Από τη Ταϊβάν αναφέρονται επίσης συγκεντρώσεις θορίου, ουρανίου και καλίου, βασισµένες σε µετρήσεις που έγιναν σε οικοδοµικά υλικά (1974), και φθάνουν στα 14 µε 16 ppm, 1.2 µε 4.3 ppm και 0.15 µε 12.8 % αντίστοιχα. Οι συγκεντρώσεις καλίου σε µια µεγάλη ποικιλία από τύπους πετρωµάτων υπολογίζεται ότι κυµαίνονται στα 0.1 µε 3.5 % κατά προσέγγιση (1954). Μετρήσεις που έγιναν στη λίµνη Issyk-Kyol στο Κιργιστάν της πρώην Σοβιετικής Ένωσης κατέδειξαν συγκεντρώσεις (53 ± 110) ppm, (21 ± 64) ppm και (5.7 ± 1.3) % για το θόριο, ουράνιο και κάλιο αντίστοιχα. Τέλος, µετρήσεις που έγιναν στην ανατολική περιοχή της πολιτείας της Ουάσιγκτον στις Η.Π.Α., µια περιοχή πλούσια σε ουράνιο και στα θυγατρικά παράγωγά του και που αποτελεί παραδοσιακά χώρο εξόρυξης ουρανίου, κατέδειξαν συγκεντρώσεις ουρανίου που κυµαίνονται στα (661 ± 14) ppm. Τα διαγράµµατα των Σχηµάτων 8, 9 και 10 δείχνουν ακριβώς µια σύγκριση των αποτελεσµάτων για τις συγκεντρώσεις θορίου, ουρανίου και καλίου στα κυπριακά πετρώµατα µε τις πληροφορίες που δίδονται για τις αντίστοιχες συγκεντρώσεις στις παραπάνω περιοχές. 13

Σχήµα 8. Συγκριτική γραφική απεικόνιση των συγκεντρώσεων θορίου για τα δείγµατα κυπριακών πετρωµάτων (διακρίνονται µε σηµεία), τα δείγµατα από τις Ηνωµένες Πολιτείες (4.7 13.1 ppm) και τα δείγµατα από τη Ταϊβάν (14 16ppm). 14

Σχήµα 9. Συγκριτική γραφική απεικόνιση των συγκεντρώσεων ουρανίου για τα δείγµατα κυπριακών πετρωµάτων (διακρίνονται µε σηµεία), τα δείγµατα από τις Ηνωµένες Πολιτείες (0.5 5.5 ppm) και τα δείγµατα από τη Ταϊβάν (1.2 4.3 ppm). Στον αριθµό 28 σηµειώνεται για σκοπούς σύγκρισης η συγκέντρωση ουρανίου στα ορυχεία της ανατολικής Ουάσιγκτον. Σχήµα 10. Συγκριτική γραφική απεικόνιση των συγκεντρώσεων καλίου για τα δείγµατα κυπριακών πετρωµάτων (διακρίνονται µε σηµεία), τα δείγµατα από τη λίµνη Issyk-Kyol (4.4 7 %), τα δείγµατα από τη Ταϊβάν (0.15 12.8 %) και τα δείγµατα από µια ποικιλία πετρωµάτων (0.1 3.5 %). 15