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Jul 05, 2023

Le falde acquifere anossiche profonde potrebbero fungere da pozzi di uranio attraverso la flora microbica

Comunicazioni Terra e Ambiente volume 4, numero articolo: 128 (2023) Cita questo articolo 1951 Accessi 34 Dettagli metriche altmetriche Assorbimento di uranio (U) da parte di minerali secondari, come carbonati e

Comunicazioni Terra e Ambiente volume 4, numero articolo: 128 (2023) Citare questo articolo

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L’assorbimento di uranio (U) da parte di minerali secondari, come carbonati e solfuri di ferro (Fe), che si trovano ovunque sulla Terra, può essere sostanziale negli ambienti anossici profondi rispetto agli ambienti superficiali a causa delle diverse condizioni ambientali specifiche. Tuttavia, la conoscenza dei percorsi di rimozione riduttiva dell’U e del relativo frazionamento tra gli isotopi 238U e 235U nei sistemi di acque sotterranee anossiche profonde rimane sfuggente. Qui mostriamo la degradazione dei costituenti organici guidata dai batteri che influenza la formazione di specie solfidriche che facilitano la riduzione dell'U(VI) geochimicamente mobile con successivo intrappolamento dell'U(IV) da parte della calcite e dei solfuri di Fe. Le firme isotopiche registrate per U e Ca nei campioni di acqua di frattura e calcite forniscono ulteriori approfondimenti sul comportamento di riduzione dell'U (VI) e sul tasso di crescita della calcite. L’efficienza di rimozione dell’U dalle acque sotterranee che raggiunge il 75% nelle sezioni di pozzo nel granito fratturato e l’accumulo selettivo di U nei minerali secondari in acque sotterranee estremamente carenti di U mostrano il potenziale di questi diffusi pozzi mineralogici per l’U in ambienti anossici profondi.

L'uranio (U) è un oligoelemento onnipresente presente nei minerali di carbonato a bassa temperatura, nei sedimenti e nelle rocce. Questi materiali carbonatici contenenti U sono ampiamente utilizzati per indagini fondamentali, tra cui geocronologia, studi paleo-redox oceanici e proxy ambientali. Questi ultimi studi utilizzano la firma del frazionamento isotopico 238U/235U (δ238U) come proxy specifico per i cambiamenti climatici redox e accoppiati nel corso della storia geologica della Terra1,2,3,4,5,6. Al contrario, solo un numero limitato di studi sul δ238U limitano gli impatti ambientali locali dopo le attività di ingegneria, come l’estrazione dell’U e le relative perturbazioni redox7,8,9. Poiché è previsto un notevole frazionamento dell'isotopo U, principalmente durante la riduzione dell'U(VI), i sistemi che includono abbondanti specie redox-attive, ad esempio i solfuri di ferro (Fe), hanno attirato il maggiore interesse. La presenza di U elevato come U(IV) è stata segnalata da alcune calciti antiche ricche di U10,11,12, ma per questi sistemi non è stata ancora riportata alcuna analisi di frazionamento isotopico di U. È stato proposto che un elevato coefficiente di ripartizione dell'U rilevato nei sistemi anossici potrebbe derivare dall'U (IV) incorporato strutturalmente nei minerali secondari13. Tuttavia, ciò non è ancora confermato in quanto non esiste alcuna prova accoppiata della presenza di U(IV) strutturale nella calcite formata in condizioni riducenti, accoppiato con un elevato coefficiente di partizione attestato dalle analisi dell'acqua e dei minerali.

Recenti studi di laboratorio hanno mirato a comprendere meglio i meccanismi di frazionamento degli isotopi U che collegherebbero le firme δ238U alle condizioni redox locali e globali14,15. Tuttavia, questi collegamenti rimangono sfuggenti e sottoesplorati se applicati ad ambienti rocciosi anossici profondi, mediati da microbi. Le stime attuali mostrano che la biosfera profonda ospita la maggior parte della vita microbica sulla Terra e una notevole quantità di biomasse16. Poiché i microbi catalizzano la decomposizione delle sostanze organiche, facilitando la formazione di minerali secondari, come calcite13,17 e solfuri di Fe18,19, e quindi influenzando la mobilità ambientale di oligoelementi come U, c’è un urgente bisogno di esplorare la mobilità mediata dai microbi Riduzione dell'U e relativo frazionamento isotopico dell'U in ambienti sotterranei. Uno studio recente ha riportato la formazione di specie U(IV) non cristalline formate in un deposito roll-front dopo l'attività microbica sulla base del rilevamento di firme positive di δ238U9. Mentre questi ultimi e altri studi recenti si sono concentrati su sistemi antichi in vari campioni naturali1,3,10,11,20,21,22,23 o su esperimenti di laboratorio24,25,26 (le pubblicazioni pertinenti sono mostrate in Informazioni Supplementari (SI) e Tabella Supplementare 1), le indagini sui carbonati moderni, che comportano l'analisi delle firme δ238U legate alla speciazione dell'U in sistemi ambientali diluiti, sono scarse.