Kilitli sanılan uranyum atığında mikroplar iş başında: Mount Painter'dan bir uyarı

Konunun önemi Avustralya'daki tek bir terk edilmiş madenle sınırlı değil. Rüzgâr türbinlerinden elektrikli araç motorlarına uzanan talep, nadir toprak elementi ve uranyum madenciliğini hızlandırıyor; bu yataklar da çoğu zaman radyoaktif uranyum ve toryumla iç içe bulunuyor. Yani önümüzdeki on yıllarda dünyada biriken maden atığının önemli bir kısmı, Mount Painter'dakiyle aynı kimyayı taşıyacak.

Radyumdan atom bombasına bir madenin hikâyesi

Mount Painter'daki uranyum yatakları 1910'da bulundu; cevherin ne olduğunu ünlü Avustralyalı jeolog ve kutup kâşifi Douglas Mawson tanımladı. Bölge ilk on yıllarda uranyum için değil, tıpta kullanılan radyum için kazıldı ve 1930'ların başına kadar aralıklı olarak işletildi.

İkinci Dünya Harbi'nin son yıllarında ABD ve Birleşik Krallık'ın talebiyle arama çalışmaları yeniden başladı. 1944'te kurulan Doğu Painter kampı ve buradan ABD'ye giden cevher numuneleri, sahayı nükleer çağın ilk tedarik noktalarından biri yaptı. Ancak yataklar düşük tenörlü ve ekonomik olmayan çıktı; faaliyet söndü, geriye kazı ağızları ve atık yığınları kaldı.

1968'de jeolog Reg Sprigg bölgedeki çiftlik arazisini satın alıp yaklaşık 610 kilometrekarelik Arkaroola Yaban Hayatı Koruma Alanı'na dönüştürdü. Araştırmacıların çalıştığı nokta, bugün bu koruma alanının içinde kalan ve "Mount Painter 6 Numaralı Kazılar" diye bilinen eski maden kuyuları kümesi. Yaklaşık sekiz on yıldır büyük ölçüde el değmemiş olması, burayı atığın uzun vadede ne olduğunu izlemek için doğal bir laboratuvara çeviriyor.

Fosfat kilidi neden güvenli sayılırdı?

Çalışmanın özetine göre sahadaki uranyumun ana taşıyıcısı torbernit, nadir toprak elementlerinin ana taşıyıcısı ise monazit-(Ce). Torbernit, bakır ve uranyum içeren, genellikle yeşil yaprak biçimli kristaller oluşturan bir fosfat minerali. Monazit ise seryum başta olmak üzere nadir toprak elementlerini barındıran bir başka fosfat.

Her ikisinin ortak özelliği suda neredeyse hiç çözünmemeleri. Jeokimyacılar bu yüzden fosfat minerallerini, uranyum ve nadir toprak elementlerinin yeraltı suyuna karışmasını sınırlayan doğal bir fren olarak görür. Bir benzetmeyle: Şeker suya atılınca dağılır, cam boncuk ise yıllarca dipte kalır. Bu mineraller cam boncuk gibi davranır. Arkaroola gibi yıllık yağışın yalnızca 250 milimetre civarında olduğu bir yerde, bu frenin daha da sağlam çalışması beklenir.

Parçacıkları tek tek sayan bir ölçüm

Ekip, atık yığınlarından aldığı örnekleri "tek parçacık ICP-MS" adı verilen bir teknikle inceledi. Klasik kütle spektrometrisi bir örnekteki toplam metal miktarını verir; bu yöntemse çözeltideki parçacıkları sıcak bir argon plazmasından tek tek geçirerek her birinin ayrı bir sinyal üretmesini sağlar. Böylece yalnızca "ne kadar uranyum var" değil, "uranyum hangi parçacıkların içinde, kaç parça halinde duruyor" sorusu da cevaplanabilir.

Sonuç beklenmedikti. Atığın yüzeye yakın 0-10 santimetrelik katmanında uranyum, nadir toprak elementleri ve yer yer demir içeren "polimetalik" nanoparçacıklar, yani birden fazla metali bir arada taşıyan, metrenin milyarda biri ölçeğindeki taneler yüksek yoğunlukta bulundu. Aynı örneklerde yapılan mikrobiyolojik analiz, mikrop çeşitliliğinin de en yüksek olduğu yerin yine bu üst katman olduğunu gösterdi.

Araştırmacılar bu örtüşmeyi şöyle yorumluyor: Mikrop toplulukları fosfat minerallerinin çözünmesini hızlandırıyor, serbest kalan metaller de nanoparçacıklara dönüşüyor. Çalışmanın başyazarı Santonu Sanyal hem Monash'ta hem de Avustralya'nın ulusal bilim kurumu CSIRO'nun Çevre Araştırma Birimi'nde görev yapıyor. Ekipte Avusturya'daki Graz Üniversitesi'nden ve Avustralya Nükleer Bilim ve Teknoloji Kurumu ANSTO'dan araştırmacılar da var.

Tablodaki bilgiler makalenin künyesi, özeti ve Monash Üniversitesi'nin basın bülteninden derlendi.

Kolloid: Ne çözünmüş ne çökmüş

Asıl kaygı, metallerin kolloid hâline gelmesi. Kolloid, suda çözünmeyen ama dibe de çökmeyen, askıda kalacak kadar küçük parçacıkların oluşturduğu karışımdır; sütteki yağ damlacıkları bunun gündelik örneğidir. Bir mineral iri kristal hâlindeyken yerinde durur, ama nanoparçacıklara bölündüğünde suyla birlikte yolculuğa çıkabilir.

Monash'ın bülteni, bu kolloidlerin yağmur sırasında toprak ve su sistemlerinde kolayca hareket edebileceğini vurguluyor. ScienceAlert'te konuyu aktaran Jess Cockerill de Arkaroola'nın iklimine dikkat çekiyor: Bölgeye yağmur nadiren, ani yaz fırtınaları biçiminde geliyor ve zaman zaman ani taşkınlar yaşanıyor. Yılın büyük bölümünde kupkuru olan bir derenin birkaç saatlik bir fırtınada, yüzeyde birikmiş parçacıkları kilometrelerce öteye taşıması mümkün. Uranyuma maruz kalmanın, örneğin kirlenmiş suyun içilmesi ya da ince parçacıkların solunması yoluyla, insanlar ve diğer canlılar için ciddi zarar doğurabileceği biliniyor.

Çalışmanın yürütücülerinden, Monash Yer, Atmosfer ve Çevre Okulu'nda senkrotron yer bilimleri profesörü Joël Brugger, üniversitenin bülteninde şöyle diyor: "Bu zehirli metallerin kurak ortamlarda doğa tarafından güvenle kilitlendiğini hep varsaydık, ama bu minik organizmalar bizi yanıltıyor. Esasen mikroskobik fabrikalar gibi çalışıyorlar; kararlı mineralleri parçalıyor ve uranyum gibi elementleri çevredeki ekosisteme taşıyorlar."

Bulgunun sınırları

Çalışmanın gösterdiği şey bir örtüşme: Nanoparçacıkların ve mikrop çeşitliliğinin en yüksek olduğu katman aynı. Bu, mikropların parçacıkları ürettiğini doğrudan kanıtlamıyor. Makalenin özeti de bilinçli olarak temkinli bir dil kullanıyor; mikrop çeşitliliğinin fosfat çözünmesini "teşvik ettiği yorumlanıyor", ilişki ise mikropların böyle bir dönüşümü yapma "potansiyeline" işaret ediyor.

ScienceAlert'in aktarımına göre mikropların gerçekten sorumlu olduğunu doğrulamak için yeni çalışmalar gerekiyor, ancak şimdilik eldeki en güçlü açıklama bu ve başka iyi bir aday görünmüyor. Hangi mikrop türlerinin işin içinde olduğu, parçacıkların fırtınalarda ne kadar uzağa gidebildiği ve bunun çevredeki su kaynaklarına nasıl yansıdığı da henüz ölçülmüş değil. Dünyanın başka bölgelerinde radyasyona dayanıklı mikropların uranyum atıklarıyla etkileştiğini gösteren çalışmalar olması, bulguyu tek başına bir tuhaflık olmaktan çıkarıyor.

Yeşil dönüşümün gölgesindeki atık

Makalenin yazarları, dünya çapındaki kalkınmanın, enerji altyapısının fosil yakıtlardan uzaklaşmasının ve ulaşımın elektrikleşmesinin bakır gibi temel metallere, nadir toprak elementleri gibi kritik minerallere ve uranyum gibi enerji minerallerine talebi artırdığını hatırlatıyor. Cevher tenörleri düştükçe aynı miktarda metal için daha fazla kaya kazılıyor, bu da daha fazla atık demek. Uranyum hedeflenmeyen madenlerde bile, pek çok nadir toprak yatağındaki uranyum ve toryum atık akışına karışıyor.

Sanyal bültende şunları söylüyor: "Kritik minerallere yönelik eşi görülmemiş talebi karşılamak için operasyonları hızla büyüttükçe, dünyada üretilen maden atığının hacmi de belirgin biçimde artacak. Bu yerli mikropların atık malzemeyle tam olarak nasıl etkileştiğini anlamak, görünmeyen ve uzun süreli çevre kirlenmesini önlemek ve geleceğin sürdürülebilir madenini geliştirmek istiyorsak kesinlikle hayati."

Türkiye için de konu uzak değil. Eskişehir'in Sivrihisar ve Beylikova ilçelerindeki sahada nadir toprak elementleri toryum, barit ve floritle birlikte bulunuyor. Radyoaktif bir eşlikçiyle çıkan bu tür cevherlerin atığının on yıllar boyunca nasıl davranacağı sorusu, Mount Painter'da ölçülen süreçlerin başka iklimlerde nasıl işleyeceğine dair verilerle doğrudan ilgili.

Madalyonun öbür yüzü

Monash'ın bülteni hikâyenin bir de umut veren tarafına dikkat çekiyor. Mount Painter'da tespit edilen mineral-mikrop etkileşimleri, çevreye daha az yük bindiren yeni metal çıkarma teknolojilerine ya da kirlenmiş sahaları temizleme yöntemlerine dönüştürülebilir. Metalleri kayadan söküp çıkaran mikroplar, doğru koşullarda denetimli bir "biyomadencilik" aracına dönüşebilir; madencilik dünyası bakır gibi metaller için benzer süreçleri zaten kullanıyor.

Brugger ve CSIRO, 40'tan fazla araştırmacıyı bir araya getiren yeni Monash Kritik Mineraller Girişimi'nin parçası. Sırada, bu mikropları kimliğiyle tanımak ve laboratuvarda aynı dönüşümü yaptıklarını göstermek var. Seksen yıl önce bir atom bombası için kazılan tepelerin, gelecekteki madenlerin atığını nasıl yöneteceğimize dair ipuçları vermesi, hikâyenin ironik ama öğretici bir sonu olabilir.

Fotoğraf: Always 16x9, CC BY-SA 4.0, Wikimedia Commons