science >> Wetenschap >  >> Natuur

Een nieuwe draai aan het verhaal over de oorsprong van uranium, door CSU-wetenschappers

Wetenschappers bemonsterden een 650 voet diepe sedimentkern van uraniumafzettingen aan de voorkant op een niet-gemijnde locatie in de Smith Ranch Highlands in Wyoming. Door de mineralogische en microbiële samenstelling van het monster te karakteriseren, ze ontdekten een nieuwe vorm van biologisch geproduceerd uranium. Krediet:Amrita Bhattacharyya

Uranium, het radioactieve element dat kerncentrales van brandstof voorziet en van nature in de aardkorst voorkomt, wordt meestal gewonnen uit grote zandsteenafzettingen diep onder de grond. Het uranium in deze afzettingen, die rolfronten worden genoemd, is lang gedacht dat het zich in de loop van miljoenen jaren heeft gevormd via chemische reacties van zwavel en andere niet-biologische verbindingen.

Deze algemeen aanvaarde leerboekgeologie wordt uitgedaagd door biogeochemici van de Colorado State University in een nieuwe studie die op 1 juni is gepubliceerd in Natuurcommunicatie . Thomas Borch, hoogleraar bodem- en gewaswetenschappen met gezamenlijke aanstellingen in de chemie en civiele en milieutechniek, en Amrita Bhattacharyya, een voormalig postdoctoraal onderzoeker in het laboratorium van Borch, bewijs leveren voor een nieuw oorsprongsverhaal voor het uranium dat ondergronds vastzit in rolfronten. Bhattacharyya is de eerste auteur van de krant, en is nu research fellow bij het Lawrence Berkeley National Laboratory.

"Je weet dat je misschien een groot verhaal hebt als je iets ontdekt waardoor mensen schoolboeken moeten herschrijven, "Zei Borch. "Onze resultaten kunnen een paradigmaverschuiving introduceren in de manier waarop we denken over het ontstaan ​​van erts en mijnbouw - van implicaties voor de menselijke gezondheid, aan herstelpraktijken, hoe mijnbouwbedrijven berekenen hoeveel ze kunnen verdienen met een bepaalde site."

Conventionele wijsheid heeft ons verteld dat uranium in ertsafzettingen meestal wordt gevonden in de vorm van uraninite, een kristallijn mineraal. In recente jaren, wetenschappers hadden nieuw bewijs gevonden dat bacteriën - levende micro-organismen - een ander soort gereduceerd uranium kunnen genereren dat niet-kristallijn is en zeer verschillende fysische en chemische eigenschappen heeft. Borch, werken aan een niet-verwant experiment dat de samenstelling van uranium bestudeert op gedolven en niet-gemijnde locaties in Wyoming, vermoedde dat deze biogene (van biologische oorsprong), niet-kristallijn uranium kan van nature voorkomen in ertsafzettingen.

Er achter komen, Borch's team analyseerde monsters van het Wyoming-rolfront, gebruikmakend van nieuwe technieken, waaronder op synchrotronstraling gebaseerde spectroscopie en isotopenfingerprinting. Ze ontdekten dat tot 89 procent van het uranium van hun 200 meter diepe monsters helemaal geen kristallijn uraniniet was, maar liever, een niet-kristallijn uranium dat was gebonden aan organisch materiaal of anorganisch carbonaat. Het grootste deel van het uranium dat ze in die niet-gemijnde site vonden, wordt geschat op 3 miljoen jaar oud, en gevormd via reductie door micro-organismen - microben die niet op zuurstof ademen, maar op uranium.

Om hun resultaten te verifiëren, het team werkte samen met experts van de U.S. Geological Survey, Instituut voor Mineralogie aan de Leibniz Universiteit in Duitsland, en het Zwitserse Federale Instituut voor Technologie in Lausanne, die allemaal papier co-auteurs werden.

De overvloed aan dit biogene niet-kristallijne uranium heeft gevolgen voor de milieusanering van mijnsites, en voor mijnbouwpraktijken in het algemeen. Bijvoorbeeld, biogeen niet-kristallijn uranium oxideert veel meer tot een in water oplosbare vorm dan zijn kristallijne tegenhangers. Dit kan van invloed zijn op de milieumobiliteit van de verbinding en de kans op verontreiniging van een drinkwateraquifer, zei Borch.

Borch zegt dat de meeste staten eisen dat gebruikte mijnen worden hersteld in de omstandigheden van voor de mijnbouw. "Om terug te keren naar de omstandigheden vóór de mijnbouw, we zouden die pre-mijnbouwomstandigheden beter moeten begrijpen, "Zei Borch. "De basislijn is misschien niet wat we dachten dat het was."

Hoewel er nu sterk bewijs is voor de microbiële oorsprong van roll-front uranium, wat minder duidelijk is, is of de microben die vandaag uranium maken dezelfde zijn als die welke het 3 miljoen jaar geleden in de aardkorst hebben gevormd. "Maar we weten door isotopische vingerafdrukken dat het uranium is gevormd door microbiële reductie, ' zei Borch.

Tot de co-auteurs van Borch behoren Rizlan Bernier-Latmani, een wetenschapper in Zwitserland die de isotopische vingerafdruktechnieken ontwikkelde om onderscheid te maken tussen uranium gevormd via microbiële of chemische middelen.

Borch en collega's hopen de oorsprong van uraniumafzettingen op andere locaties te onderzoeken, om de wereldwijde betekenis van hun bevindingen te evalueren.