研究证实硝酸盐可以将铀释放到地下水中

八年前，数据是可靠的，但只是暗示性的，证据是有力的，但也是间接的。

现在，内布拉斯加大学林肯分校的 Karrie Weber 及其同事通过实验证实，硝酸盐(一种常见于肥料和动物粪便中的化合物)可以帮助将天然存在的铀从地下输送到地下水中。

他们的新研究支持2015 年韦伯领导的一项研究，该研究表明，受高浓度硝酸盐污染的含水层——包括位于内布拉斯加州下方的高原含水层——也含有远超过环境保护局设定的阈值的铀浓度。铀浓度超过该 EPA 阈值已被证明会导致人体肾脏受损，尤其是当经常通过饮用水摄入时。

“大多数内布拉斯加人确实依赖地下水作为饮用水，”生物科学学院和地球与大气科学系副教授韦伯说。“在林肯，我们依赖它。许多农村社区，他们依赖地下水。

“所以当你有高浓度(铀)时，这就成为一个潜在的问题。”

研究已经证实，溶解的无机碳可以通过化学方法从地下沉积物中分离出痕量的天然非放射性铀，最终将其输送到地下水中。但 2015 年的研究发现，高原含水层某些区域的铀含量高达 EPA 阈值的 89 倍，这让 Weber 相信硝酸盐也起到了作用。

因此，在 12 位同事的帮助下，韦伯着手检验这一假设。为此，该团队从内布拉斯加州阿尔达附近的一个含水层地点提取了两个圆柱形沉积物核心——每个大约 2 英寸宽，60 英尺深。研究人员知道，该地点不仅含有天然痕迹的铀，而且还允许地下水向东流入邻近的普拉特河。

他们的目标?在沉积物样本中重现这种流动，然后确定向水中添加一些硝酸盐是否会增加随之带走的铀量。

“我们想要确保的一件事是，我们在收集样本时没有改变铀或沉积物或(微生物)群落的状态，”韦伯说。“我们竭尽所能保护自然条件。”

“一切”意味着立即将提取的核封盖并用蜡密封，将它们滑入气密管中，用氩气冲洗这些管以消除所有氧气，然后将它们放在冰上。回到实验室后，Weber 和她的同事们最终将从两个核心中的每一个中移除 15 英寸的部分。这些部分由沙子和含有相对较高铀含量的淤泥组成。

后来，该团队将用这些淤泥填充多个柱子，然后以与在地下流动大致相同的速度将模拟地下水泵入其中。在某些情况下，这些水不含任何额外物质。在其他情况下，研究人员添加了硝酸盐。在其他情况下，他们添加了硝酸盐和抑制剂，旨在阻止生活在沉积物中的微生物的生化活动。

含有硝酸盐但缺乏微生物抑制剂的水成功地带走了大约 85% 的铀——相比之下，当水缺乏硝酸盐时仅为 55%，而当水中含有硝酸盐和抑制剂时仅为 60%。这些结果表明硝酸盐和微生物都参与了铀的进一步流动。

他们还支持这样一种假设，即由微生物引发的一系列生化事件正在将原本呈固态的铀转化为一种易于溶于水的形式。首先，生活在沉积物中的细菌向硝酸盐提供电子，催化其转化为一种叫做亚硝酸盐的化合物。然后，亚硝酸盐会氧化——从邻近的铀中窃取电子，最终将其从固体矿物转变为水性矿物，准备好在渗入淤泥的细流中冲浪。

在分析了沉积物样本中存在的 DNA 序列后，该团队确定了多种能够将硝酸盐代谢为亚硝酸盐的微生物物种。尽管众所周知，铀动员生物化学在高度污染的地区——铀矿、核废料处理场所——展开，但韦伯说，这项新研究首次证实，同样的动员过程也发生在天然沉积物中。

“当我们第一次为这个项目提供资金时，我们正在考虑这个问题，它是导致二次污染的主要污染物，”她谈到硝酸盐和铀时说。“这项研究支持这一点，是的，那是可能发生的。”

尽管如此，正如韦伯所说，“硝酸盐并不总是坏事。” 她之前的研究和一些即将进行的研究都表明，只有当化合物接近其自身的百万分之十的 EPA 阈值时，硝酸盐才能调动铀。

“如果我们反思我们之前发布的内容，这些数据表明存在一个转折点。重要的是，”她说，“不要吃得太多。”