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Jul 23, 2023

Les aquifères anoxiques profonds pourraient agir comme des puits pour l'uranium grâce à des activités microbiennes.

Communications Earth & Environment volume 4, Numéro d'article : 128 (2023) Citer cet article 2036 Accès 34 Détails Altmetric Metrics Absorption de l'uranium (U) par les minéraux secondaires, tels que les carbonates et

Communications Terre & Environnement volume 4, Numéro d'article : 128 (2023) Citer cet article

2036 accès

34 Altmétrique

Détails des métriques

L'absorption d'uranium (U) par les minéraux secondaires, tels que les carbonates et les sulfures de fer (Fe), omniprésents sur Terre, peut être importante dans les environnements anoxiques profonds par rapport aux environnements superficiels en raison de différentes conditions spécifiques à l'environnement. Pourtant, la connaissance des voies d’élimination réductrice de l’U et du fractionnement associé entre les isotopes 238U et 235U dans les systèmes d’eaux souterraines anoxiques profondes reste insaisissable. Nous montrons ici la dégradation des constituants organiques provoquée par les bactéries qui influence la formation d’espèces sulfurées facilitant la réduction de l’U (VI) géochimiquement mobile avec piégeage ultérieur de l’U (IV) par la calcite et les sulfures de Fe. Les signatures isotopiques enregistrées pour l'U et le Ca dans les échantillons d'eau de fracturation et de calcite fournissent des informations supplémentaires sur le comportement de réduction de l'U(VI) et le taux de croissance de la calcite. L'efficacité d'élimination de l'U des eaux souterraines atteignant 75 % dans les sections de forages dans le granite fracturé et l'accumulation sélective d'U dans les minéraux secondaires dans les eaux souterraines extrêmement déficientes en U montrent le potentiel de ces puits minéralogiques répandus pour l'U dans les environnements anoxiques profonds.

L'uranium (U) est un oligoélément omniprésent présent dans les minéraux carbonatés, les sédiments et les roches à basse température. Ces matériaux carbonatés contenant de l'U sont largement utilisés pour des recherches fondamentales, notamment la géochronologie, les études paléo-rédox océaniques et les proxys environnementaux. Ces dernières études utilisent la signature de fractionnement isotopique 238U/235U (δ238U) comme indicateur spécifique des changements climatiques redox et couplés tout au long de l'histoire géologique de la Terre1,2,3,4,5,6. En revanche, seul un nombre limité d’études sur le δ238U limitent les impacts environnementaux locaux après des activités d’ingénierie, telles que l’extraction de l’U et les perturbations rédox associées7,8,9. Étant donné qu'un fractionnement isotopique considérable de l'U est attendu, principalement lors de la réduction de l'U (VI), les systèmes qui incluent d'abondantes espèces rédox-actives, par exemple les sulfures de fer (Fe), ont suscité le plus d'intérêt. La présence d'U élevée sous forme d'U (IV) a été rapportée dans quelques calcites anciennes riches en U , mais aucune analyse de fractionnement isotopique de l'U n'a encore été rapportée pour ces systèmes. Il a été proposé qu’un coefficient de partage élevé de l’U détecté dans les systèmes anoxiques pourrait résulter de l’incorporation structurelle de l’U (IV) dans les minéraux secondaires13. Cependant, cela n'est pas encore confirmé car aucune preuve couplée n'existe de la présence d'U(IV) structural dans la calcite formée dans des conditions réductrices, couplée à un coefficient de partage élevé attesté par des analyses d'eau et de minéraux.

Des études récentes en laboratoire ont visé à mieux comprendre les mécanismes de fractionnement isotopique de l’U qui relieraient les signatures du δ238U aux conditions redox locales et globales14,15. Cependant, ces liens restent insaisissables et sous-explorés lorsqu’ils sont appliqués à des environnements rocheux anoxiques profonds à médiation microbienne. Les estimations actuelles montrent que la biosphère profonde héberge la majorité de la vie microbienne sur Terre et une quantité substantielle de biomasses16. Étant donné que les microbes catalysent la décomposition des substances organiques, facilitant la formation de minéraux secondaires, tels que la calcite13,17 et les sulfures de Fe18,19, et affectant ainsi la mobilité environnementale des oligo-éléments tels que l'U, il existe un besoin urgent d'explorer les phénomènes à médiation microbienne. Réduction de l'U et fractionnement isotopique de l'U associé dans les milieux souterrains. Une étude récente a rapporté la formation d'espèces U (IV) non cristallines formées dans un dépôt roll-front après une activité microbienne, sur la base de la découverte de signatures positives de δ238U9. Alors que ces dernières et d'autres études récentes se sont concentrées soit sur des systèmes anciens dans divers échantillons naturels1,3,10,11,20,21,22,23, soit sur des expériences en laboratoire24,25,26 (les publications pertinentes sont présentées dans les informations supplémentaires (SI) et tableau supplémentaire 1), les recherches sur les carbonates modernes, impliquant l'analyse des signatures δ238U liées à la spéciation de l'U dans les systèmes environnementaux dilués, sont rares.