Radioactiviteit in afvalwater wordt veroorzaakt door de interactie tussen een chemische slurry en oude schalie tijdens het hydraulisch breekproces. volgens onderzoek van het Dartmouth College.

De studie, gedetailleerd in tweelingdocumenten die verschijnen in Chemische geologie , is het eerste onderzoek dat het fenomeen radiumoverdracht kenmerkt in de veelgebruikte methode om olie en gas te winnen. De bevindingen dragen bij aan wat al algemeen bekend is over de mechanismen van radiumafgifte en kunnen helpen bij het zoeken naar oplossingen voor uitdagingen in de fracking-industrie.

Als gevolg van het fracken, de VS is al een netto-exporteur van gas en staat op het punt om in de komende jaren een netto-exporteur van olie te worden. Maar het afvalwater dat wordt geproduceerd bevat giftige stoffen zoals barium en radioactief radium. Bij verval, radium geeft een cascade van andere elementen vrij, zoals radon, die gezamenlijk een hoge radioactiviteit genereren.

"Het spul dat eruit komt als je frackt, is extreem zout en zit vol met nare dingen, " zei Mukul Sharma, een professor in de aardwetenschappen aan Dartmouth en hoofd van het onderzoeksproject. "De vraag is hoe het afval radioactief is geworden? Dit onderzoek geeft een gedetailleerde beschrijving van dat proces."

Tijdens het fracken, Miljoenen liters water in combinatie met zand en een mengsel van chemicaliën worden onder hoge druk diep onder de grond gepompt. Het water onder druk breekt de schalie af en dwingt aardgas en olie naar buiten. Terwijl het zand voorkomt dat de breuken weer dichtgroeien, een groot deel van het zogenaamde "slick water" dat in de grond wordt geïnjecteerd, keert terug naar de oppervlakte als zeer giftig afval.

Om te ontdekken hoe radium vrijkomt bij frackingsites, het onderzoeksteam combineerde sequentiële en seriële extractie-experimenten om radiumisotopen uit schalieboorkernmonsters uit te logen. Voor de studie, het onderzoeksteam concentreerde zich op rotsen uit Pennsylvania en New York locaties van de Marcellus Shale. Het geologische kenmerk is een van de belangrijkste rotsformaties in de VS waar fracking wordt uitgevoerd om aardgas te winnen.

Het eerste onderzoeksrapport wees uit dat radium dat aanwezig is in de Marcellus Shale, binnen enkele uren tot dagen nadat contact tussen steen en water is gemaakt, in zout water wordt uitgeloogd. Het uitloogbare radium in het gesteente komt uit twee verschillende bronnen, kleimineralen die zeer radioactief radium-228 overbrengen, en een organische fase die dient als de bron van de meer voorkomende isotoop radium-226.

De tweede studie beschrijft de mechanica van radiumoverdracht door experimentele resultaten en isotopenmengmodellen te combineren met directe waarnemingen van radium dat aanwezig is in afvalwater dat het gevolg is van fracking in de Marcellus Shale.

Bij elkaar genomen, de twee artikelen laten zien dat het toenemende zoutgehalte in water dat tijdens het fracken wordt geproduceerd, radium uit het gebroken gesteente trekt. Voorafgaand aan de Dartmouth-studie, onderzoekers waren onzeker of het radioactieve radium rechtstreeks uit de schalie kwam of uit natuurlijk voorkomende pekels die op diepte aanwezig waren in delen van de Marcellus Shale in Pennsylvania.

"Interactie tussen water en gesteente die kilometers onder het landoppervlak plaatsvindt, is erg moeilijk te onderzoeken, " zei Joshua Landis, een senior onderzoekswetenschapper bij Dartmouth en hoofdauteur voor de onderzoekspapers. "Onze metingen van radiumisotopen bieden nieuwe inzichten in dit probleem."

Het onderzoek bevestigt dat als afvalwater door het breuknetwerk reist en terugkeert naar het fracking-boorgat, het wordt geleidelijk verrijkt met zouten. De sterk zoute samenstelling van het afvalwater is verantwoordelijk voor de winning van radium uit de schalie en voor het naar de oppervlakte brengen ervan.

"Radium zit op minerale en organische oppervlakken in de fracking-site, wachtend om te worden verdreven. Wanneer water met het juiste zoutgehalte langskomt, het neemt het op de radioactiviteit en transporteert het, ' zei Sharma.

De bevindingen van Dartmouth komen omdat de olie- en aardgasproductie in de VS het afgelopen decennium dramatisch is toegenomen als gevolg van fracking. Inzicht in de mechanica van radiumoverdracht tijdens fracken zou onderzoekers kunnen helpen bij het ontwikkelen van strategieën om de productie van afvalwater te verminderen.

"De wetenschap wordt achtergelaten door de goudkoorts, "zei Sharma. "Het verkrijgen van de wetenschap is de eerste stap om het probleem op te lossen."

Een eerdere Dartmouth-studie, ontdekte dat het metaal barium op vergelijkbare manieren reageert op frackingsprocessen. Radium en barium maken beide deel uit van dezelfde groep aardalkalimetalen.