Исследование подтверждает, что нитраты могут вытягивать уран в грунтовые воды

Jul 13, 2023

22 марта 2023 г. · чтение 5 минут

Восемь лет назад данные были убедительными, но лишь предположительными, а доказательства убедительными, но косвенными.

Теперь Кэрри Вебер и ее коллеги из Университета Небраски-Линкольна экспериментально подтвердили, что нитрат, соединение, часто встречающееся в удобрениях и отходах животноводства, может способствовать транспортировке природного урана из-под земли в грунтовые воды.

Новое исследование подтверждает исследование, проведенное Вебером в 2015 году и показывающее, что водоносные горизонты, загрязненные высоким уровнем нитратов, включая водоносный горизонт Хай-Плейнс, расположенный под Небраской, содержат концентрации урана, значительно превышающие порог, установленный Агентством по охране окружающей среды. Было показано, что концентрации урана, превышающие порог EPA, вызывают повреждение почек у людей, особенно при регулярном употреблении с питьевой водой.

«Большинство жителей Небраски используют грунтовые воды в качестве питьевой воды», — сказал Вебер, доцент Школы биологических наук и факультета наук о Земле и атмосфере. «В Линкольне мы полагаемся на это. Многие сельские общины полагаются на грунтовые воды.

«Поэтому, когда у вас высокие концентрации (урана), это становится потенциальной проблемой».

Исследования уже установили, что растворенный неорганический углерод может химически отделять следы урана из подземных отложений, в конечном итоге подготавливая его для транспортировки в грунтовые воды. Но исследование 2015 года, которое показало, что в некоторых районах водоносного горизонта Высоких равнин содержание урана в 89 раз превышает пороговое значение Агентства по охране окружающей среды, убедило Вебера, что нитраты тоже вносят свой вклад.

Итак, с помощью 12 коллег Вебер решил проверить гипотезу. Для этого команда извлекла два цилиндрических керна отложений — каждый примерно 2 дюйма в ширину и 60 футов в глубину — из водоносного горизонта недалеко от Альды, штат Небраска. Исследователи знали, что это место не только содержит естественные следы урана, но и позволяет грунтовым водам течь на восток в соседнюю реку Платт.

Их цель? Воссоздайте этот поток в образцах отложений, а затем определите, увеличит ли добавление нитрата в воду количество унесенного с ней урана.

«Одна из вещей, в которых мы хотели убедиться, заключалась в том, что мы не изменили состояние урана, отложений или (микробного) сообщества, когда собирали образцы», — сказал Вебер. «Мы сделали все возможное, чтобы сохранить природные условия».

«Все» означало немедленное закрытие и запечатывание воском извлеченных кернов, помещение их в герметичные трубки, промывку этих трубок аргоном для удаления кислорода и помещение их на лед. Вернувшись в лабораторию, Вебер и его коллеги в конечном итоге удалили 15-дюймовые сегменты из каждого из двух ядер. Эти сегменты состояли из песка и ила, содержащих относительно высокие уровни урана.

Позже команда заполнила несколько колонн этим илом, а затем прокачала через него искусственные грунтовые воды примерно с той же скоростью, с которой они перемещались бы под землей. В некоторых случаях в этой воде не было ничего лишнего. В других исследователи добавляли нитрат. В третьих случаях добавляли как нитрат, так и ингибитор, призванный остановить биохимическую активность микроорганизмов, живущих в осадке.

Вода, содержащая нитраты, но лишенная микробного ингибитора, сумела унести примерно 85% урана — по сравнению со всего лишь 55%, когда в воде не было нитратов, и 60%, когда она содержала нитрат плюс ингибитор. Эти результаты показали, что как нитраты, так и микробы участвуют в дальнейшей мобилизации урана.

Они также поддержали гипотезу о том, что серия биохимических событий, инициированных микробами, трансформировала твердый уран в форму, которую можно было легко растворить в воде. Во-первых, бактерии, живущие в осадке, отдают электроны нитрату, катализируя его превращение в соединение, называемое нитритом. Затем этот нитрит окисляется — крадет электроны — у соседнего урана, в конечном итоге превращая его из твердого минерала в водный, готовый бороздить струйку воды, просачивающуюся сквозь ил.