Учёные считали, что уран в заброшенном руднике безопасен. Спустя 80 лет обнаружилось нечто неожиданное

В заброшенном австралийском руднике Маунт-Пейнтер обнаружили неожиданное скопление урана и редкоземельных элементов у поверхности старых отвалов. Десятилетиями считалось, что опасные вещества надёжно удерживаются внутри минералов и практически не перемещаются. Однако новое исследование показало, что в этом процессе могут участвовать микроорганизмы, способные высвобождать токсичные элементы и переносить их ближе к поверхности.

История Маунт-Пейнтер связана с разработкой ядерного оружия. В 1944 году образцы горных пород из этого рудника, расположенного в центральной части Австралии, отправили в США для экспериментов в рамках Манхэттенского проекта. Последствия этой программы оставили глубокий след в мировой истории.

Сам рудник закрыли в 1965 году, а позднее его территория вошла в состав природоохранного заповедника Аркарула. Учёные полагали, что в местном засушливом климате уран и редкоземельные элементы остаются связанными в минералах, содержащихся в горных отходах. Поэтому отвалы не рассматривались как источник активного распространения загрязняющих веществ.

Но анализ образцов, взятых с поверхности отвалов выработки № 6, заставил усомниться в этой картине. Хотя отходы, предположительно, оставались нетронутыми более 80 лет, исследователи обнаружили в их верхнем слое неожиданно высокие концентрации потенциально опасных элементов.

Возник вопрос: каким образом вещества, которые должны были оставаться внутри устойчивых минералов, оказались у поверхности?

В работе, опубликованной в научном журнале Journal of Hazardous Materials, исследователи предложили объяснение: переносить эти элементы могут почвенные микроорганизмы. По их гипотезе, микробы участвуют в разрушении минералов и образовании мельчайших частиц, содержащих сразу несколько металлов. В результате уран и другие элементы накапливаются в верхних десяти сантиметрах отходов в виде многометаллических наночастиц.

«Мы традиционно предполагали, что в таких засушливых условиях токсичные металлы надёжно удерживаются природными минералами. Но эти крошечные организмы показывают, что мы ошибались», — объясняет геолог Жоэль Брюггер.

По его словам, микроорганизмы фактически работают как микроскопические фабрики: разрушают устойчивые минералы и высвобождают заключённые в них элементы, включая уран, создавая условия для их дальнейшего распространения в окружающей среде.

Пока это лишь наиболее вероятная гипотеза. Чтобы подтвердить, что обнаруженные изменения действительно вызваны деятельностью микроорганизмов, потребуются дополнительные исследования. Однако учёные отмечают, что других убедительных объяснений необычного распределения металлов в отвалах пока немного.

Кроме того, подобные взаимодействия уже наблюдали в других частях мира. Исследователи ранее обнаруживали устойчивые к радиации микроорганизмы, способные взаимодействовать с урановыми отходами.

Главная опасность заключается не только в том, что микробы могут высвобождать токсичные элементы. Предполагается, что они также меняют химическую форму этих веществ, превращая плохо растворимые фосфатные соединения в коллоидные частицы, которые гораздо легче перемещаются в окружающей среде.

Для Аркарулы это особенно важно из-за местных погодных условий. Дожди в этом полузасушливом регионе выпадают редко, зато летом возможны внезапные сильные грозы. Иногда они вызывают стремительные паводки.

Если уран и другие элементы переходят в коллоидную форму, их частицы могут оставаться во взвешенном состоянии в дождевой воде. Во время сильных ливней потоки способны переносить их на значительно большие расстояния от старого рудника, распространяя загрязнение за пределы отвалов.

Попадание таких веществ в почву и водоёмы представляет серьёзную экологическую угрозу. Особенно опасен уран — радиоактивный элемент, воздействие которого может причинить серьёзный вред людям и другим живым организмам. В частности, риск возникает при употреблении загрязнённой воды или вдыхании мельчайших частиц, содержащих уран.

Исследователи считают, что полученные результаты заставляют пересмотреть существующие представления о долгосрочной безопасности горнодобывающих отходов. Даже если рудник закрыт, а его территория защищена от новых разработок, это ещё не означает, что оставшиеся там опасные вещества перестали представлять угрозу.

И проблема далеко не ограничивается Маунт-Пейнтер. Выработка № 6 — лишь один из многочисленных заброшенных рудников, оставшихся после расширения производства ядерного оружия в XX веке. При этом добыча урана продолжается во всём мире, а потребность в металлах и минералах увеличивается.

Как объясняют Брюггер и его коллеги, мировой экономике требуется всё больше меди, редкоземельных элементов и урана. Рост спроса связан с продолжающимся развитием промышленности, переходом энергетики от ископаемого топлива к другим источникам энергии и электрификацией транспорта.

Следствием станет увеличение объёмов горнодобывающих отходов. Причём проблема усугубляется по мере снижения содержания полезных компонентов в руде: для получения необходимого количества металлов приходится перерабатывать больше горной породы.

Дополнительную сложность создаёт то, что уран встречается не только на месторождениях, где его добывают целенаправленно. Многие залежи редкоземельных элементов связаны с ураном и торием, которые при переработке руды могут попадать в отходы.

«По мере того как мы стремительно расширяем добычу для удовлетворения беспрецедентного спроса на критически важные минералы, объёмы горнодобывающих отходов во всём мире будут значительно расти», — предупреждает экологический микробиолог Сантону Саньял.

По его словам, необходимо разобраться, как именно местные микроорганизмы взаимодействуют с такими отходами. Без этого будет трудно предотвратить незаметное долговременное загрязнение окружающей среды и разработать более безопасные способы добычи полезных ископаемых.

Исследование Маунт-Пейнтер показывает, почему даже старые отвалы, десятилетиями остававшиеся нетронутыми, могут требовать внимания. Минералы, которые считались устойчивыми, способны изменяться под воздействием микроскопических организмов. А вещества, которые должны были оставаться на месте, потенциально могут попасть в воду и распространиться далеко за пределы заброшенного рудника.