Clear Sky Science
הסברים מבוססי ראיות, עם מעט ז'רגון

Clear Sky Science · he

יצירת אורניום בפנטוואלנטי וטטרה-ואלנטי על ידי חיידקים מוּנעים על-ידי גליצרול במי מכרות

· חזרה לאינדקס

מדוע אורניום תת-קרקעי חשוב לחיי היומיום

בכל רחבי העולם, מכרות אורניום ישנים עדיין מדליפים עקבות של המתכת הרדיואקטיבית הזו אל מי התהום. אפילו בריכוזים נמוכים, אורניום עלול לסכן אספקת מי שתייה ומערכות אקולוגיות, והטיפול בו יקר ודורש זמן רב. המחקר הזה בוחן חלופה מעניינת: לאפשר למיקרובים שמתרחשים באופן טבעי במי המכרה, בסיוע תוצר תעשייתי שנקרא גליצרול, לקבע את האורניום לחלקיקים זעירים ויציבים כך שלא יוכל לנוע בחופשיות בסביבה.

Figure 1
Figure 1.

להפוך תוצר פסולת לעזר ניקוי

החוקרים עבדו עם מי מכרה ישנה בגֵרמניה שבכל זאת מכילים יותר אורניום מהמקובל על פי תקנות. במקום להסתמך רק על טיפול כימי, הם הקימו בקבוקים סגורים מלאי מי מכרה והוסיפו גליצרול — תוצר משני זול ושפעי של ייצור ביו-דיזל. הגליצרול משמש כמזון עבור מיקרובים מסוימים. כאשר מיקרובים אלה מפרקים אותו, הם משנים את שיווי המשקל הכימי של המים, ודוחפים אותם ממצב עשיר בחמצן למצב עני בחמצן. במשך 130 יום, השינוי בתנאים אפשר לקהילת המיקרובים להסיר עד 96% מהאורניום המומס במים.

מיקרובים שמשנים את האורניום בחשיכה

בתנאים העניים בחמצן פרחו כמה קבוצות חיידקים. מיקרובים מתסיסים השתמשו בגליצרול לייצר מולקולות אורגניות קטנות וגז מימן, שאותם ניצלו חיידקי חיזור גופרתי וחיידקי חיזור-מתכות. הקבוצות האחרונות ידועות בכך שהן משתמשות במתכות כמו אורניום כחלק ממטבוליזם האנרגטי שלהן. בכך שעשו כן, אורניום מומס בצורתו הניידת מאוד הומר לחלקיקים מוצקים שהצמדו למשטחי התאים וטבלו לכיוון התחתית. במקביל, חומרים מומסים אחרים כגון ברזל, גופרית וארסן גם ירדו, מה שמצביע על עיצוב רחב של כימיית מי המכרה המונע על-ידי פעילות מיקרוביאלית.

Figure 2
Figure 2.

גבישים זעירים ומצב ביניים מפתיע

כדי לגלות בדיוק אילו צורות של אורניום נוצרו, הצוות פנה לטכניקות קרני רנטגן עוצמתיות במתקן סינכרוטרון ולמיקרוסקופיה אלקטרונית ברזולוציה גבוהה. הם גילו שרוב האורניום הופחת לצורה פחות מסיסה שהתארגנה לישויות גבישיות בגודל ננומטר של מינרל הידוע כאורנית (uraninite). הגבישים הללו היו רק כמה מיליארדים של מטר ברוחב ונוטו להיקבץ על פני השטח החיצוניים של תאי החיידקים. באופן מפתיע יותר, חלק משמעותי מהאורניום התקיים במצב כימי ביניים, בין הצורות הרגילות "גבוהה" ו"נמוכה". מצב ביניים זה הופיע הן כמורכבים מומסים הקשורים לפחמתי במים והן כחלקיקים מוצקים שבהם האורניום קשור בחוזקה לברזל במינרל מעורב הידוע כ-FeUO₄.

יציבות מול חזרת החמצן

כל אסטרטגיית ניקוי בעולם האמיתי צריכה לעמוד בשינויים בתנאים, כולל חזרת חמצן העלולה לשחרר מחדש מתכות. לכן החוקרים חשפו חלק מהחלקיקים המכילים אורניום לאוויר במשך ארבעה שבועות. כצפוי, חלק מהגבישים של האורנית התחמצנו חזרה לכיוון אורניום נייד יותר. יחד עם זאת, חלקיקי הברזל-אורניום המעורבים ומצב הביניים של האורניום נותרו יציבים באופן מפתיע, ובדגימות המחומצנות מצב הביניים אף הפך לצורה הדומיננטית. הדבר מציע שמינרלים של ברזל-אורניום בבנייה מיקרוביאלית יכולים לפעול כבופר: גם אם חלק מהאורניום הממוען ביותר מחוזר מחדש, רובו נשאר נעול בצורת ביניים פחות ניידת במקום להישאר חופשי במים.

מה משמעות הדבר לניקוי מכרות ישנים

ללא מומחיות מיוחדת, המסר המרכזי הוא שאקט פשוט של האכלת מיקרובי מי מכרה בתוצר פסולת זול יכול להצית שרשרת של תהליכים טבעיים שמקבעים את האורניום בחלקיקים זעירים ויציבים. חשוב לציין שהמחקר מראה שאורניום לא רק מתחלף בין מצב נייד ללא-נייד, אלא יכול לשכון במצב ביניים עיקש שמונע את התפשטותו. על-ידי חשיפת הדרך שבה קהילות מיקרוביאליות, מינרלים של ברזל ואורניום מתקיימים ומשפיעים זה על זה במשך חודשים בתנאי מי מכרה מציאותיים, עבודה זו מצביעה על אסטרטגיות ברות-קיימא יותר לניהול אתרים מזוהמים ועשויה לקצר את התקופה שבה נדרש טיפול פעיל יקר במים.

ציטוט: Newman-Portela, A.M., Kvashnina, K.O., Bazarkina, E.F. et al. Pentavalent and tetravalent uranium formation via glycerol-stimulated bacteria in mine water. Nat Commun 17, 4030 (2026). https://doi.org/10.1038/s41467-026-72560-z

מילות מפתח: ביו-התנקות אורניום, מי מכרה, הפחתת מתכות על-ידי מיקרואורגניזמים, גירוי בגליצרול, ניקוי זיהומי רדיונוקלאידים סביבתיים