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

Теперь же Карри Вебер и ее коллеги из Университета Небраски-Линкольна экспериментально подтвердили, что нитрат, соединение, распространенное в удобрениях и отходах животноводства, может способствовать переносу природного урана из подземных источников в грунтовые воды.

Их новое исследование подкрепляет результаты исследования 2015 года, проведенного под руководством Вебер, которые показывают, что водоносные горизонты, загрязненные высоким уровнем нитратов, включая водоносный горизонт Высоких равнин, расположенный под Небраской, также содержат концентрацию урана, значительно превышающую порог, установленный Агентством по охране окружающей среды.

Концентрации урана, превышающие порог, установленный Агентством по охране окружающей среды, как было показано, вызывают повреждение почек у людей, особенно при регулярном употреблении питьевой воды.

"Большинство жителей штата Небраск полагаются на грунтовые воды в качестве питьевой воды", - сказал Вебер, доцент Школы биологических наук и факультета наук о Земле и атмосфере. "В Линкольне мы полагаемся на нее. Многие сельские общины полагаются на грунтовые воды".

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

Исследования уже показали, что растворенный неорганический углерод может химически отщеплять следы природного, нерадиоактивного урана из подземных отложений, в конечном итоге создавая условия для его переноса 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 EPA, убедило Вебера в том, что нитраты тоже вносят свой вклад.

Поэтому с помощью 12 коллег Вебер решил проверить эту гипотезу. Для этого команда извлекла два цилиндрических керна осадочных пород - каждый шириной около 2 дюймов и глубиной 60 футов - из участка водоносного горизонта вблизи Альды, штат Небраска. Этот участок не только содержит естественные следы урана, как знали исследователи, но и позволяет грунтовым водам течь на восток в соседнюю реку Платте.

Их цель? Воссоздать этот поток в образцах отложений, а затем определить, увеличит ли добавление нитратов в воду количество урана, уносимого с водой.

"Мы хотели убедиться в том, что не изменили состояние урана, отложений или (микробного) сообщества при сборе образцов", - сказал Вебер. "Мы сделали все возможное, чтобы сохранить естественные условия".

Под "всем" подразумевалось немедленное укупоривание и запечатывание парафином извлеченных кернов, помещение их в герметичные пробирки, промывка этих пробирок газом аргоном для удаления кислорода и помещение их на лед. Вернувшись в лабораторию, Вебер и ее коллеги в конечном итоге извлекали 15-дюймовые сегменты из каждого из двух кернов. Эти сегменты состояли из песка и ила, которые содержали относительно высокий уровень урана.

Позже команда заполнила несколько колонок этим илом, а затем прокачала через них имитированную грунтовую воду примерно с той же скоростью, с которой она могла бы двигаться под землей. В некоторых случаях вода не содержала ничего лишнего. В других случаях исследователи добавляли нитраты. А в других случаях они добавляли и нитрат, и ингибитор, призванный остановить биохимическую активность микроорганизмов, живущих в отложениях.

Вода, содержащая нитрат, но не содержащая микробного ингибитора, смогла унести около 85% урана - по сравнению с 55%, когда вода не содержала нитрата, и 60%, когда она содержала нитрат, но также ингибитор. Эти результаты указывают на то, что и нитрат, и микробы участвуют в дальнейшей мобилизации урана.

Они также подтвердили гипотезу о том, что ряд биохимических событий, инициированных микробами, превращает твердый уран в форму, которая может быть легко растворена в воде. Сначала бактерии, живущие в осадке, отдают электроны нитрату, катализируя его превращение в соединение под названием нитрит. Затем нитрит окисляет - отбирает электроны у соседнего урана, превращая его из твердого минерала в водный, готовый к прибою струйки воды, просачивающейся сквозь ил.

Проанализировав последовательности ДНК, присутствующие в образцах отложений, команда выявила множество видов микроорганизмов, способных метаболизировать нитрат в нитрит. Хотя известно, что биохимия, мобилизующая уран, разворачивается в сильно загрязненных районах - урановых шахтах, местах переработки ядерных отходов, - Вебер говорит, что новое исследование является первым, в котором установлено, что такой же процесс мобилизации происходит и в природных отложениях.

"Когда мы впервые получили финансирование на этот проект и думали об этом, речь шла о первичном загрязнителе, ведущем к вторичному загрязнению", - сказала она о нитрате и уране. "Это исследование подтверждает, что да, такое может произойти".

Тем не менее, как сказала Вебер, "нитрат - это не всегда плохо". Как ее предыдущее исследование, так и некоторые предстоящие исследования показывают, что нитрат мобилизует уран только тогда, когда это соединение приближается к пороговому значению, установленному EPA - 10 частей на миллион.
"Если задуматься над тем, что мы публиковали ранее, то эти данные говорят о том, что наступил переломный момент. Главное, - сказала она, - не переборщить".

Команда сообщила о своих результатах в журнале Environmental Science & Technology.