Уран, радиоактивный элемент, который служит топливом для атомных электростанций и встречается в природе в земной коре, обычно добывается из больших залежей песчаника глубоко под землей. Долгое время считалось, что уран в этих отложениях, называемых валовыми фронтами, образовался в течение миллионов лет в результате химических реакций серы и других небиологических соединений.
Этому широко признанному учебнику геологии бросают вызов биогеохимики Университета штата Колорадо в новом исследовании, опубликованном 1 июня в Nature Communications. Томас Борч, профессор почвоведения и растениеводства, работающий совместно в области химии, гражданского и экологического строительства, и Амрита Бхаттачария, бывший научный сотрудник лаборатории Борха, предлагают доказательства новой истории происхождения урана, застрявшего под землей во фронтах вала. Бхаттачарья - первый автор статьи, а сейчас - научный сотрудник Национальной лаборатории Лоуренса в Беркли.
«Вы знаете, что у вас может быть большая история, когда вы обнаруживаете что-то, что приведет к тому, что людям придется переписывать учебники», - сказал Борх. «Наши результаты могут привести к сдвигу парадигмы в том, как мы думаем о генезисе руды и добыче полезных ископаемых - от последствий для здоровья человека до методов восстановления и того, как горнодобывающие компании подсчитывают, сколько они могут заработать на данном участке».
Общепринятое мнение подсказывает нам, что уран в рудных месторождениях в основном находится в форме уранинита, кристаллического минерала. В последние годы ученые обнаружили новые доказательства того, что бактерии - живые микроорганизмы - могут генерировать другой вид восстановленного урана, который является некристаллическим и имеет совершенно другие физические и химические свойства. Борч, работая над другим экспериментом по изучению состава урана на разрабатываемых и неразрабатываемых участках в Вайоминге, предположил, что этот биогенный (биологического происхождения) некристаллический уран может встречаться в природе в рудных месторождениях.
Чтобы выяснить это, команда Борха проанализировала образцы с фронта вала Вайоминга, используя новые методы, включая спектроскопию на основе синхротронного излучения и изотопную дактилоскопию. Они обнаружили, что до 89 процентов урана из их образцов с глубины 650 футов вовсе не было кристаллическим уранинитом, а скорее некристаллическим ураном, который был связан с органическим веществом или неорганическим карбонатом. Возраст большей части урана, который они нашли на этом неразработанном участке, оценивается в 3 миллиона лет, и он образовался в результате восстановления микроорганизмами - микробами, которые дышат не кислородом, а ураном..
Чтобы проверить свои результаты, команда сотрудничала с экспертами из Геологической службы США, Института минералогии Университета Лейбница в Германии и Швейцарского федерального технологического института в Лозанне, которые стали соавторами статьи.
Изобилие этого биогенного некристаллического урана имеет значение для экологической реабилитации участков добычи и для методов добычи в целом. Например, биогенный некристаллический уран с гораздо большей вероятностью окисляется до водорастворимой формы, чем его кристаллические аналоги. По словам Борха, это может повлиять на мобильность соединения в окружающей среде и вероятность загрязнения водоносного горизонта питьевой воды.
Борх говорит, что в большинстве штатов требуется восстановить отработавшие шахты до состояния, предшествующего добыче. «Чтобы вернуться к условиям, предшествующим добыче, нам нужно лучше понять эти условия до добычи», - сказал Борх. «Исходный уровень может быть не таким, как мы думали».
Хотя в настоящее время имеются убедительные доказательства микробного происхождения урана с валом вперед, менее ясно, являются ли микробы, производящие уран сегодня, теми же, что и те, которые сформировали его в земной коре 3 миллиона лет назад. «Но благодаря изотопному анализу мы знаем, что уран образовался в результате микробного восстановления», - сказал Борх.
Соавторы Борха включают Ризлана Бернье-Латмани, ученого из Швейцарии, который разработал методы изотопной идентификации для различения урана, образованного микробными или химическими средствами.
Борч и его коллеги надеются изучить происхождение залежей урана на других участках, чтобы оценить глобальное значение своих открытий.