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Mikroben “befreien” Uran aus alten Minenhalden
Schleichende Gefahr: In den alten Abraumhalden einer australischen Uranlagerstätte haben Forscher winzige Partikel entdeckt, die Uran und Seltene Erden enthalten. Besonders viele dieser potenziell mobilen Nanopartikel finden sich nahe der Oberfläche, wo auch die Vielfalt der Mikroben am größten ist. Die Organismen könnten bislang schwer lösliche Metalle in eine leichter transportierbare Form umwandeln.
Clayton (Australien). Jahrzehnte nach dem Ende des Bergbaus können Rückstände noch immer Schadstoffe enthalten. Als vergleichsweise wenig beweglich gelten Uran und Seltene Erden, wenn sie in schwer löslichen Phosphatmineralen stecken. In trockenen Abraumhalden schien das Risiko ihrer Verlagerung deshalb bislang begrenzt. Doch winzige mineralische Partikel könnten diese Annahme infrage stellen.
Besonders aufschlussreich sind die Halden der einstigen Radiumförderung im Mount-Painter-Gebiet der nördlichen Flinders Ranges. Die als „Number 6 Workings“ bezeichneten Gruben liegen im heutigen Arkaroola-Schutzgebiet und wurden nach dem Abbau im frühen 20. Jahrhundert kaum verändert. Trotz des trockenen Klimas können heftige Regenfälle hier Oberflächenabfluss auslösen und fein verteilte Stoffe mitreißen.
Forscher der Monash University um Dr. Santonu K. Sanyal haben nun untersucht, welche Formen Uran und Seltene Erden in diesen Halden annehmen und wie dies mit den dortigen Mikroorganismen zusammenhängt. Das Team entnahm Proben an mehreren Stellen und in Tiefen bis 50 Zentimeter. Mit einer empfindlichen Massenspektrometrie erfasste es die chemische Zusammensetzung einzelner Nanopartikel und untersuchte außerdem die Zusammensetzung der Bakteriengemeinschaften anhand ihrer Erbsubstanz.
Die Analyse ergab: In den Abraumproben steckten zahlreiche extrahierbare uranhaltige Nanopartikel, deren geschätzter Durchmesser zwischen etwa 50 und 110 Nanometern lag. An einer Messstelle zählten die Forscher in der obersten Zehn-Zentimeter-Schicht rund 394 Millionen solcher Partikel pro Kilogramm Haldenmaterial. In einer Vergleichsprobe von einem benachbarten Hügel wies das Verfahren dagegen keine uranhaltigen Nanopartikel nach.
Die winzigen Teilchen bestanden nicht immer nur aus Uran. An der besonders partikelreichen Messstelle MP4 enthielten in der obersten Schicht 58 Prozent auch weitere Elemente, darunter Eisen oder Seltene Erden. In zehn bis 20 Zentimetern Tiefe waren es noch 47 Prozent. In den noch tieferen Proben dieses Profils wurden dagegen nur einfach zusammengesetzte, uranhaltige Partikel nachgewiesen.
„Wir sind traditionell davon ausgegangen, dass diese giftigen Metalle in solchen trockenen Umgebungen von der Natur sicher eingeschlossen sind, aber diese winzigen Organismen belehren uns eines Besseren“, erklärt Prof. Joël Brugger von der Monash University.
Die auffällige Oberflächenverteilung passt zu den Bakteriendaten. Dort, wo das Team vielfältigere mikrobielle Gemeinschaften nachwies, traten auch besonders viele chemisch gemischte Nanopartikel auf. Die Forscher vermuten, dass Mikroben Phosphatminerale wie Torbernit und Monazit verändern und dabei die zuvor gebundenen Metalle in winzige Teilchen überführen.
Für diese Deutung gibt es auch Hinweise aus einem Laborversuch: Eine aus dem Haldenmaterial angereicherte Bakteriengemeinschaft bildete bei Kontakt mit gelöstem Uran neue uran- und phosphorhaltige Mineralpartikel direkt an den Zellen. In einer Kontrollprobe ohne Mikroben blieb diese Mineralbildung aus. Das Experiment zeigt damit, dass die Organismen Uranverbindungen umwandeln können. Es beweist aber nicht, dass sie sämtliche im Gelände gefundenen Nanopartikel erzeugt haben.
„Sie arbeiten im Grunde wie mikroskopische Fabriken, die stabile Minerale aufbrechen und Elemente wie Uran in das umgebende Ökosystem mobilisieren. Wenn wir den Bergbau für die grüne Energiewende ausweiten, müssen wir diese unsichtbaren biologischen Prozesse in unsere Strategien zur Abfallbewirtschaftung einbeziehen, um langfristige Umweltschäden zu verhindern“,