Der Planet Erde - Luft, Wasser, Boden - enthält natürliche radioaktive Isotope. Wo kommen die her? Sie stammen vor allem aus der Entstehungszeit der Erde und wurden bei der Zusammenballung der Gase in die Protoerde „eingebacken”. Wegen der langen Halbwertszeit existieren die meisten dieser Isotope heute noch und geben dabei ständig Strahlung ab.

Überall Strahlung

Aufgrund dieser natürlichen Quellen kann man fast überall Alpha-, Beta- und Gammastrahlung nachweisen - allerdings je nach Umgebung unterschiedlich viel. Der größte Anteil unserer natürlichen Strahlendosis stammt vom Gas Radon und seinen ebenfalls radioaktiven Folgeprodukten, die man mit der Atemluft aufnimmt (vor allem beim Aufenthalt in Kellerräumen und Höhlen), und dem Kalium 40, das der Körper z. B. in die Muskeln einlagert. Auch Gesteine können in manchen Gegenden einen großen Beitrag zur natürlichen Strahlendosis liefern.

Alle Elemente auf der Erde, die schwerer sind als das Eisen, wurden bei der Entstehung der Erde aus dem Weltall eingefangen. Entstanden sind sie in massereichen Sternen; bei Supernova-Explosionen (Bild) oder ähnlichen gewaltigen Ereignissen wurden sie ins All geschleudert.

Weil die radioaktiven Isotope zum Teil extrem lange Halbwertszeiten besitzen, ist ihre Aktivität bis heute kaum abgeklungen. Beispiele für Isotope, die immer noch aktiv sind: Vanadium 50, Germanium 76, Cadmium 113 und 116, verschiedene Tellur-Isotope und vor allem Uran 238 und 235 sowie Thorium 232. Wie lange deren Halbwertszeiten sind, lässte sich mit dem Halbwertszeitenfinder herausbekommen.

Manchmal bilden radioaktive Isotope auch Zerfallsreihen, und zwar immer dann, wenn das Tochterisotop wieder radioaktiv ist.

In der Natur gibt es drei große Zerfallsreihen:

Die Thorium-Reihe

Uran-Actinium-Reihe

Uran-Radium-Reihe

Eine vierte Reihe - die Neptunium-Reihe - war bereits „ausgestorben”, da das langlebigste Isotop dieser Reihe - das Neptunium-237 - "nur" eine Halbwertszeit von 2,144 x 10 hoch 6 Jahren besitzt. Diese Zerfallsreihe wurde aber durch die Nutzung der Kernenergie „wiederbelebt”, weil dabei auch Neptunium 237 entsteht.

Was fällt beim Betrachten der Zerfallsreihen auf?

Beim Betrachten der drei natürlichen Zerfallsreihen fällt sicher auf, dass sie alle beim selben stabilen Element enden - beim Blei. Und wer genau hingesehen hat, dem ist vielleicht noch etwas aufgefallen: Alle Reihen kommen beim Radon vorbei. Von Bedeutung für unsere Strahlenexposition ist dabei insbesondere das aus dem Zerfall des Ra-226 stammende Radon-222.

Radon ist ein relativ schweres Edelgas. Es entsteht im Erdboden oder im Mauerwerk, kann durch Ritzen und Spalten austreten, gelangt in die Luft - und kann dann natürlich eingeatmet werden. Typischerweise findet man Radon vor allem am Boden und im Keller. Die mittlere Rn-222-Aktivität der Luft im Freien beträgt 15 Bq/m³, typische Werte im Keller liegen bei 300 Bq/m³. In höheren Stockwerken gibt's weniger Radon.

Warum? Die Lösung ist ganz einfach: Die Halbwertszeit des langlebigsten Radon-Isotops beträgt knapp vier Tage. Damit hat das schwere Gas recht wenig Zeit, sich weiter zu verteilen, sobald es aus dem Boden und Gestein ausgetreten ist. Ein Großteil zerfällt daher in Bodennähe. Außerdem werden Kellerräume weniger gelüftet, so dass sich das Gas nicht verflüchtigen kann.

Über der Meeresoberfläche ist die Radonkonzentration niedriger als in der Landluft, weil im Meerwasser weniger Radium enthalten ist - aus dem durch radioaktiven Zerfall dann auch weniger Radon entstehen kann. Anders ist es im Grund- und Quellwasser: Hier kann die Radonkonzentration erheblich höher liegen (bis zu einigen 100 Bq/l). Aber keine Bange: Radon verflüchtigt sich schnell, und im Leitungswasser liegt die Radon-Aktivität meist nicht höher als bei 1 bis 2 Bq/l.

Radon in der Atemluft ist nur ein Beispiel für einen radioaktiven Stoff, den man jeden Tag zu sich nimmt. Und es gibt auch radioaktive Isotope, die sich in Elementen befinden, die für den Körper lebensnotwendig sind. Kalium ist so ein Element; es spielt besonders bei der Reizweiterleitung in den Nerven eine Rolle. In jedem Menschen stecken etwa 2 Gramm Kalium pro Kilogramm Körpergewicht, darunter etwa 0,0117 Prozent radioaktives K-40. Diese Atome können auf zwei Wegen zerfallen:

Entweder sie wandeln sich per Betazerfall zu Kalzium 40 um (in 89 Prozent aller Fälle) oder sie fangen ein Elektron der innersten Elektronenschale ein (K-Einfang) und verwandeln sich dabei in angeregte Argon-40-Atome, die beim Fall in den Grundzustand Gammastrahlung abgeben.

Rechnen wir doch mal aus, wie hoch bei einem Menschen mit 60 Kilogramm Körpergewicht die Aktivität des Kalium 40 ist (Aktivität von Kalium: 30,92 Bq/g)!

a) 820 Bq

b) 3.710 Bq

Gesteine können ebenfalls radioaktiv strahlen. Dabei gilt die Faustregel: Urgestein - zum Beispiel der Granit, aus dem die Alpen bestehen - oder Vulkangestein strahlt stärker als Sedimentgestein - zum Beispiel der Elbsandstein. Und wenn der Boden zum Beispiel zufällig mehr Uran als üblich enthält, kann er sogar gehörig Strahlung abgeben. (Das Uran muss übrigens gar nicht im Untergrund liegen: Keramikkünstler und Glasbläser färben damit oft Glasuren für Geschirr oder Fliesen, denn das Uran erzeugt strahlendes Weiß, Rot, Gelb und Ockertöne sowie Farben, die im Dunkeln leuchten. Daher enthält die Strahlenschutzverordnung strenge Limitierungen für die Verwendung solcher Stoffe.)

Je nachdem, welche Sorte Gestein in der Gegend herumliegt (und aus welchem Gestein das Haus gebaut ist), ist man verschiedenen Strahlungsmengen ausgesetzt. Wie viel, das erklärt der Abschnitt "Die Strahlendosis insgesamt" in diesem Modul.