Un estudio confirma que el nitrato puede atraer uranio a las aguas subterráneas

Jul 13, 2023

22 de marzo de 2023 · 5 minutos de lectura

Hace ocho años, los datos eran sólidos pero solo sugerentes, la evidencia fuerte pero circunstancial.

Ahora, Karrie Weber y sus colegas de la Universidad de Nebraska-Lincoln han confirmado experimentalmente que el nitrato, un compuesto común en los fertilizantes y los desechos animales, puede ayudar a transportar el uranio natural desde el subsuelo hasta las aguas subterráneas.

La nueva investigación respalda un estudio dirigido por Weber de 2015 que muestra que los acuíferos contaminados con altos niveles de nitrato, incluido el acuífero de High Plains que reside debajo de Nebraska, contienen concentraciones de uranio que superan con creces el umbral establecido por la Agencia de Protección Ambiental. Se ha demostrado que las concentraciones de uranio por encima del umbral de la EPA causan daño renal en humanos, especialmente cuando se consumen regularmente a través del agua potable.

"La mayoría de los habitantes de Nebraska dependen del agua subterránea como agua potable", dijo Weber, profesor asociado de la Facultad de Ciencias Biológicas y el Departamento de Ciencias Atmosféricas y de la Tierra. "En Lincoln, confiamos en ella. Muchas comunidades rurales dependen del agua subterránea.

"Entonces, cuando tienes altas concentraciones (de uranio), eso se convierte en una preocupación potencial".

La investigación ya había establecido que el carbono inorgánico disuelto podría separar químicamente trazas de uranio de los sedimentos subterráneos, preparándolo finalmente para el transporte a las aguas subterráneas. Pero el estudio de 2015, que encontró que ciertas áreas del acuífero de High Plains contenían niveles de uranio de hasta 89 veces el umbral de la EPA, convenció a Weber de que el nitrato también estaba contribuyendo.

Entonces, con la ayuda de 12 colegas, Weber se dispuso a probar la hipótesis. Para hacerlo, el equipo extrajo dos núcleos cilíndricos de sedimento, cada uno de aproximadamente 2 pulgadas de ancho y 60 pies de profundidad, de un sitio acuífero cerca de Alda, Nebraska. Los investigadores sabían que ese sitio no solo contiene trazas naturales de uranio, sino que también permite que el agua subterránea fluya hacia el este hacia el río Platte adyacente.

¿Su meta? Vuelva a crear ese flujo en las muestras de sedimento, luego determine si agregar un poco de nitrato al agua aumentaría la cantidad de uranio que se llevaría con ella.

"Una de las cosas de las que queríamos asegurarnos era que no alteráramos el estado del uranio o los sedimentos o la comunidad (microbiana) cuando recolectamos las muestras", dijo Weber. "Hicimos todo lo que pudimos para preservar las condiciones naturales".

"Todo" significaba tapar y sellar con cera inmediatamente los núcleos extraídos, deslizarlos en tubos herméticos, lavar esos tubos con gas argón para disipar el oxígeno y ponerlos en hielo. De vuelta en el laboratorio, Weber y sus colegas eventualmente eliminarían segmentos de 15 pulgadas de cada uno de los dos núcleos. Esos segmentos consistían en arena y limo que contenían niveles relativamente altos de uranio.

Más tarde, el equipo llenaría múltiples columnas con ese sedimento antes de bombear agua subterránea simulada aproximadamente a la misma velocidad que habría viajado bajo tierra. En algunos casos, esa agua no contenía nada extra. En otros, los investigadores agregaron nitrato. En otros casos, agregaron nitrato y un inhibidor diseñado para detener la actividad bioquímica de los microorganismos que viven en el sedimento.

El agua que contenía nitrato, pero carecía del inhibidor microbiano, logró llevarse aproximadamente el 85 % del uranio, en comparación con solo el 55 % cuando el agua carecía de nitrato y el 60 % cuando contenía nitrato más el inhibidor. Esos resultados implicaron tanto al nitrato como a los microbios en una mayor movilización del uranio.

También apoyaron la hipótesis de que una serie de eventos bioquímicos, iniciados por los microbios, estaba transformando el uranio sólido en una forma que podría disolverse fácilmente en agua. Primero, las bacterias que viven en el sedimento donan electrones al nitrato, catalizando su transformación en un compuesto llamado nitrito. Ese nitrito luego oxida, le roba electrones, al uranio vecino, y finalmente lo convierte de un mineral sólido en uno acuoso listo para surfear el hilo de agua que se filtra a través del sedimento.

Después de analizar las secuencias de ADN presentes en sus muestras de sedimentos, el equipo identificó múltiples especies microbianas capaces de metabolizar el nitrato en nitrito. Aunque se sabía que la bioquímica de movilización de uranio se desarrollaba en áreas altamente contaminadas (minas de uranio, sitios donde se procesan desechos nucleares), Weber dijo que el nuevo estudio es el primero en establecer que el mismo proceso de movilización también tiene lugar en sedimentos naturales.

"Cuando financiamos este proyecto por primera vez, y estábamos pensando en esto, era un contaminante primario que conducía a una contaminación secundaria", dijo sobre el nitrato y el uranio. "Esta investigación respalda que, sí, eso puede suceder".

Aún así, como dijo Weber, "el nitrato no siempre es algo malo". Tanto su investigación anterior como algunos estudios futuros sugieren que el nitrato moviliza el uranio solo cuando el compuesto se acerca a su propio umbral de EPA de 10 partes por millón.

"Si reflexionamos sobre lo que publicamos anteriormente, esos datos sugieren que hay un punto de inflexión. Lo importante", dijo, "es no tener demasiado".

El equipo informó sus hallazgos en la revista Environmental Science & Technology. Weber fue el autor del estudio con Jeff Westrop, Pooja Yadav, Alicia Chan, Anthony Kohtz, Olivia Healy, Daniel Snow, PJ Nolan y Donald Pan de Nebraska; Kate Campbell del Servicio Geológico de EE.UU.; Rajesh Singh, del Instituto Nacional de Hidrología de la India; junto con Sharon Bone y John Bargar del SLAC National Accelerator Laboratory.