Regiunile unde a avut loc exploatarea uraniului au lăsat în urmă, de multe ori, ape contaminate, iar una dintre cele mai dificile provocări este împiedicarea răspândirii metalului radioactiv în mediul înconjurător. Deși metodele convenționale de tratare sunt eficiente în anumite condiții, ele sunt adesea costisitoare și dificil de aplicat la scară largă.
O descoperire publicată recent în Nature Communications sugerează însă că natura ar putea oferi o soluție surprinzătoare: comunități de bacterii capabile să transforme uraniul dizolvat într-o formă chimică stabilă, reducând dramatic cantitatea de metal radioactiv prezentă în apă. Studiul deschide o nouă direcție pentru dezvoltarea unor tehnologii de bioremediere mai eficiente și mai prietenoase cu mediul.
O problemă veche a mineritului uraniului
Uraniul se găsește în mod natural în scoarța terestră, fiind de regulă încorporat în minerale stabile. Însă exploatarea minieră, eroziunea și diferite procese geochimice pot transforma acest element într-o formă solubilă, capabilă să pătrundă în apele subterane și în ecosistemele acvatice.
În această stare dizolvată, uraniul nu reprezintă doar un risc radiologic, ci și unul chimic. Toxicitatea sa poate afecta microorganismele, plantele și animalele, iar expunerea îndelungată poate avea consecințe asupra sănătății umane, în special prin contaminarea surselor de apă.
Din acest motiv, cercetătorii caută de zeci de ani metode prin care uraniul să fie imobilizat înainte de a se răspândi în mediu.
Un experiment desfășurat cu apă provenită dintr-o mină inundată
Noul studiu a fost realizat de oamenii de știință de la Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR), în colaborare cu Wismut GmbH și Universitatea din Granada. Echipa a utilizat apă provenită dintr-o fostă mină de uraniu inundată, aflată la aproximativ 2.000 de metri adâncime. Acest mediu este aproape lipsit de oxigen și găzduiește comunități complexe de bacterii adaptate unor condiții extreme.
Pentru a stimula activitatea microorganismelor fără a modifica semnificativ ecosistemul natural, cercetătorii au adăugat glicerol, un compus organic care servește drept sursă de carbon și energie pentru bacterii.
Rezultatele au fost remarcabile. După aproximativ 130 de zile, concentrația de uraniu dizolvat în apă a scăzut până la aproximativ 5% din valoarea inițială, ceea ce înseamnă că circa 95% din metalul radioactiv a fost îndepărtat din soluție.
Cum reușesc bacteriile această transformare?
Inițial, cercetătorii au presupus că bacteriile absorb pur și simplu uraniul în pereții celulari, un mecanism cunoscut și în alte sisteme biologice. Analizele spectroscopice au arătat însă un fenomen mult mai interesant.
Microorganismele au modificat starea chimică a uraniului, favorizând formarea unui compus extrem de stabil alcătuit din fier, oxigen și uraniu pentavalent, notat FeU(V)O₄. Această descoperire este importantă deoarece uraniul în starea de oxidare +5 fusese considerat mult timp doar un intermediar temporar între alte forme chimice ale elementului.
Studiul demonstrează astfel că, în prezența bacteriilor și în condiții naturale, această stare poate deveni suficient de stabilă pentru a persista pe termen lung.
O stabilitate care persistă chiar și în contact cu oxigenul
Una dintre cele mai surprinzătoare observații a fost comportamentul noului compus după expunerea la aer. În mod obișnuit, multe forme reduse ale uraniului sunt instabile în prezența oxigenului și redevin solubile, ceea ce permite contaminarea din nou a apei.
În acest caz însă, FeU(V)O₄ s-a dovedit remarcabil de stabil. Mai mult, cercetătorii au observat că expunerea biomasei uscate la oxigen a favorizat chiar formarea unei cantități suplimentare din acest compus.
Rezultatul confirmă observațiile făcute anterior asupra unor probe de sol contaminate în urmă cu peste 25 de ani, unde același mineral rămăsese neschimbat în ciuda contactului îndelungat cu atmosfera. Până acum însă nu se știa cum se formează în natură și nici că bacteriile joacă un rol esențial în acest proces.
Ce înseamnă această descoperire pentru protecția mediului?
Este important de subliniat că bacteriile nu elimină radioactivitatea uraniului. Nucleul atomic rămâne același, iar proprietățile radioactive nu sunt modificate. Ceea ce schimbă microorganismele este forma chimică a metalului.
În loc ca uraniul să rămână dizolvat și să fie transportat de apa subterană pe distanțe mari, el este blocat într-un mineral greu solubil, mult mai puțin mobil. Din punct de vedere ecologic, această diferență este enormă. Un contaminant imobilizat este mult mai ușor de gestionat și prezintă un risc considerabil mai mic pentru ecosisteme și pentru sursele de apă potabilă.
Posibile aplicații viitoare
Deși studiul s-a desfășurat în condiții controlate de laborator, implicațiile sunt promițătoare. În viitor, astfel de procese microbiologice ar putea fi utilizate pentru:
- decontaminarea apelor provenite din fostele exploatări miniere;
- limitarea răspândirii uraniului în pânzele freatice;
- reducerea costurilor tehnologiilor clasice de epurare;
- dezvoltarea unor sisteme de bioremediere bazate pe microorganisme naturale.
Totuși, cercetătorii subliniază că sunt necesare studii suplimentare pentru a determina eficiența procesului în condiții reale, la scară industrială și pe perioade îndelungate.
O nouă perspectivă asupra rolului microorganismelor
Descoperirea se înscrie într-un domeniu aflat în plină expansiune: geomicrobiologia. Tot mai multe studii arată că bacteriile influențează ciclurile naturale ale metalelor, participând la transformarea fierului, manganului, sulfului și chiar a elementelor radioactive.
Aceste microorganisme nu sunt simple organisme invizibile ale solului, ci adevărați „ingineri chimici” ai naturii, capabili să modifice proprietățile unor elemente considerate până de curând imposibil de controlat prin procese biologice.
Înțelegerea acestor mecanisme poate conduce la apariția unei noi generații de tehnologii ecologice, în care procesele naturale sunt folosite pentru a repara daunele produse de activitățile umane.
Sursa: Science Alert