Теперь Кэрри Вебер из Университета Небраски-Линкольна и ее коллеги экспериментально подтвердили, что нитрат, соединение, распространенное в удобрениях и отходах животноводства, может помочь транспортировать природный уран из-под земли в грунтовые воды.

Их новое исследование подтверждает исследование 2015 года под руководством Вебера, показывающее, что водоносные горизонты, загрязненные высоким содержанием нитратов, включая водоносный горизонт Хай Плейнс, расположенный под Небраской, также содержат концентрации урана, намного превышающие пороговый уровень, установленный Агентством по охране окружающей среды. Было показано, что концентрации урана выше этого порогового значения EPA вызывают повреждение почек у людей, особенно при регулярном употреблении с питьевой водой.

"Большинство жителей Небраски действительно полагаются на подземные воды в качестве питьевой", - сказал Вебер, адъюнкт-профессор Школы биологических наук и факультета наук о Земле и атмосфере. "В Линкольне мы полагаемся на это. Многие сельские общины полагаются на подземные воды.

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

Исследования уже установили, что растворенный неорганический углерод может химически отделять следы природного нерадиоактивного урана от подземных отложений, в конечном счете подготавливая его для переноса в грунтовые воды. Но исследование 2015 года, которое показало, что в определенных районах водоносного горизонта Хай Плейнс содержание урана в 89 раз превышает пороговое значение EPA, убедило Вебера в том, что нитраты тоже вносят свой вклад.

Итак, с помощью 12 коллег Вебер приступил к проверке гипотезы. Чтобы сделать это, команда извлекла два цилиндрических керна осадочных пород - каждый шириной примерно 2 дюйма и глубиной 60 футов - из водоносного горизонта близ Алды, 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 донных отложений, затем определите, увеличит ли добавление некоторого количества нитрата в воду количество урана, унесенного с собой.

"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, что могли, чтобы сохранить природные условия".

"Все" означало немедленную укупорку и запечатывание извлеченных сердцевин воском, помещение их в герметичные пробирки, промывку этих пробирок газообразным аргоном для удаления кислорода и помещение их на лед. Вернувшись в лабораторию, Вебер и ее коллеги в конечном итоге удалили 15-дюймовые сегменты из каждого из двух ядер. Эти сегменты состояли из песка, а также ила, который содержал относительно высокие уровни урана.

Позже команда заполнила бы этим илом несколько колонок, прежде чем прокачивать через них имитированные грунтовые воды примерно с той же скоростью, с какой они перемещались бы под землей. В некоторых случаях в этой воде не содержалось ничего лишнего. В другие исследователи добавляли нитраты. А в других случаях они добавляли как нитрат, так и ингибитор, предназначенный для прекращения биохимической активности микроорганизмов, живущих в осадке.

Воде, содержащей нитрат, но не содержащей микробного ингибитора, удалось унести примерно 85% урана - по сравнению всего с 55%, когда в воде не было нитрата, и 60%, когда она содержала нитрат, но также и ингибитор. Эти результаты показали, что как нитрат, так и микробы участвуют в дальнейшей мобилизации урана.

Они также подтвердили гипотезу о том, что серия биохимических процессов, инициированных микробами, превращала твердый в остальном уран в форму, которая могла быть легко растворена в воде. Во-первых, бактерии, живущие в осадке, отдают электроны нитрату, катализируя его превращение в соединение, называемое нитритом. Затем этот нитрит окисляет - крадет электроны - соседний уран, в конечном счете превращая его из твердого минерала в водный, готовый к перемещению по струйке воды, просачивающейся сквозь ил.

Проанализировав последовательности ДНК, присутствующие в образцах донных отложений, команда выявила множество видов микроорганизмов, способных метаболизировать нитрат до нитрита. Хотя было известно, что биохимия, мобилизующая уран, проявляется в сильно загрязненных районах - урановых шахтах, местах переработки ядерных отходов, - Вебер сказал, что новое исследование является первым, которое установило, что тот же процесс мобилизации также происходит в естественных отложениях.

"Когда мы впервые получили финансирование для этого проекта, и мы думали об этом, это было как первичное загрязнение, ведущее к вторичному загрязнению", - сказала она о нитратах и уране. "Это исследование подтверждает, что да, это может произойти".

Тем не менее, как сказал Вебер, "Нитраты - это не всегда плохо". Как ее предыдущие исследования, так и некоторые предстоящие исследования показывают, что нитрат мобилизует уран только тогда, когда соединение приближается к своему собственному порогу EPA в 10 частей на миллион.

"Если мы поразмыслим над тем, что мы опубликовали ранее, эти данные говорят о том, что наступил переломный момент. Главное, - сказала она, - не есть слишком много".

Команда сообщила о своих выводах в журнале Наука и технология об охране окружающей среды Вебер был автором исследования вместе с Джеффом Уэстропом из Небраски, Пуджей Ядавом, Алисией Чан, Энтони Кохцем, Оливией Хили, Дэниелом Сноу, П.Дж. Ноланом и Дональдом Пэном; Кейт Кэмпбелл из Геологической службы США; Раджешем Сингхом из Национального института гидрологии Индии; вместе с Шэрон Боун и Джоном Баргаром из Национальная ускорительная лаборатория SLAC.