Eine der grössten Uranminen der Welt, der Betrieb Wismut GmbH Schlema-Alberoda im damaligen sowjetisch geprägten Ostdeutschland, hat ein toxisches Erbe hinterlassen.
Doch ausgerechnet in dem belasteten Wasser, das die Grube nach ihrer Stilllegung geflutet hat, könnte die Evolution bereits an einer möglichen Lösung arbeiten.
Das belastete Erbe der Wismut GmbH Schlema-Alberoda
Mit der Wiedervereinigung Deutschlands wurde der Standort 1990 geschlossen. Seitdem laufen aufwendige Sanierungsarbeiten, die viel Zeit in Anspruch nehmen und hohe Kosten verursachen.
Nachdem der Untertagebau ausser Betrieb ging, füllten sich die Grubenräume nach und nach mit Wasser. Dieses Grubenwasser muss bis heute fortlaufend aufbereitet werden.
Dass rohes Uran stark radioaktiv ist, ist vielen bekannt. Eine Aufnahme – etwa über das Trinken von kontaminiertem Wasser – kann bei Menschen und anderen Lebewesen schwere Schäden hervorrufen.
Trotzdem existiert in diesem uranhaltigen Grubenwasser Leben: Dort hat sich ein komplettes Ökosystem aus Mikroorganismen etabliert.
Wie Forschende nun zeigen konnten, sind diese Mikroben unter bestimmten Bedingungen sogar in der Lage, Uran zu stabilisieren.
Mikroben im Grubenwasser: Studie von HZDR und Universität Granada
Geleitet wurde die Arbeit von Mikrobiologinnen und Mikrobiologen sowie Ressourcenökologinnen und -ökologen am Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR) in Deutschland und an der Universität Granada in Spanien. Die Ergebnisse erschienen in der Fachzeitschrift Nature Communications.
„Unsere Untersuchungen in der Gruppe hatten bereits gezeigt, dass Bakterien im Wasser gelöstes Uran für ihren Stoffwechsel nutzen können, wenn ihnen Glycerin als Nahrungsquelle zur Verfügung steht“, erläutert die HZDR-Mikrobiologin Evelyn Krawczyk-Bärsch.
„Unsere Studie hat erstmals gezeigt, dass Bakterien, die mit Glycerin als Kohlenstoffquelle versorgt werden, toxisches, im Wasser gelöstes Uran in eine stabile chemische Verbindung umwandeln können.“
Für die Experimente nutzten Krawczyk-Bärsch und ihr Team Wasserproben, die am Zulauf der Aufbereitungsanlage der Wismut GmbH Schlema-Alberoda entnommen wurden.
„Wir wollten natürliche Bedingungen für die bereits im Grubenwasser vorhandene Bakteriengemeinschaft schaffen, weil in einer Tiefe von ungefähr 2.000 Metern in der Grube üblicherweise wenig oder gar kein Sauerstoff vorhanden ist“, sagt der HZDR-Mikrobiologe Antonio Newman-Portela.
Als die Forschenden die Bakterien zusammen mit Glycerin inkubierten, beobachteten sie, dass die Mikroorganismen Uran in einen pentavalenten Zustand überführten.
Pentavalentes Uran und die Bildung von FeU(V)O4
Uran im pentavalenten Zustand besitzt eine ungewöhnliche Oxidationszahl von +5. Dadurch verändert sich, wie es sich an andere Elemente bindet – und es kann leichter in stabilen Mineralen „eingeschlossen“ werden.
„Uran kommt normalerweise mit einer Wertigkeit von 4 oder 6 vor. Pentavalentes Uran gibt es zwar, aber es ist selten oder nur kurzzeitig vorhanden. Bisher hatte man es in einem instabilen Oxidationszustand beobachtet“, erklärt Antonio Newman-Portela.
In Anwesenheit der Bakterien wird dieses pentavalente Uran anschliessend mit Eisen und Sauerstoff zu FeU(V)O4 kombiniert – einer Verbindung, die der Wissenschaft zwar bekannt war, für die es jedoch bislang keinen „gebräuchlichen“ Namen gibt.
Unklar war zuvor, ob diese Verbindung überhaupt unter natürlichen Bedingungen entsteht – und erst recht, ob Bakterien an ihrer Bildung beteiligt sind.
„Nach 130 Tagen blieben in den Proben nur noch etwa fünf Prozent des im Wasser gelösten Urans übrig“, berichtet Newman-Portela.
Die Mikroben bauten Uran nicht nur in ihre Zellwände ein; auffällig war zudem, dass ein ungewöhnlich grosser Anteil dieses Urans pentavalent vorlag. Dadurch konnte sich FeU(V)O4 leichter bilden – insbesondere dann, wenn die Wasserproben getrocknet und anschliessend Sauerstoff ausgesetzt wurden.
Radioaktive Uranbelastung ist kein lokales Problem, sondern weltweit relevant.
In den Vereinigten Staaten, Indien, Kanada, Frankreich, Südafrika und Australien lagen Oberflächen- und Grundwässer teils über dem Richtwert von 0,03 Milligramm pro Liter für Uranverunreinigung.
Könnten Bakterien damit Teil der Lösung sein?
„In den vergangenen drei Jahrzehnten wurde Bioremediation als kostengünstige Alternative zur physikalisch-chemischen Wasserbehandlung untersucht“, schreiben die Autorinnen und Autoren.
„Feldstudien [mit biologischen Methoden] haben eine erhebliche Uranreduktion gezeigt, während zugleich die Entstehung von sekundärem Schlamm vermieden wurde.“
Möglicherweise werden solche Bakterien zu Verbündeten bei der Sanierung nuklearer Altlasten – nicht nur in Deutschland, sondern auch international.
„Obwohl aus einem einzelnen geochemischen Szenario abgeleitet, sind die hier identifizierten Prozesse breit auf andere kontaminierte Wässer übertragbar“, schliessen die Autorinnen und Autoren.
Gleichzeitig betont Krawczyk-Bärsch: „Wir müssen noch untersuchen, in welchem Ausmass Bakterien zu Sanierungszwecken dabei helfen könnten, Uran unschädlich zu machen.“
Die Studie wurde in Nature Communications veröffentlicht.
Dieser Artikel wurde von Carly Cassella auf Fakten geprüft und von Rebecca Dyer redigiert. Trotz unseres Anspruchs auf Sorgfalt sind wir nur Menschen. Wenn Ihnen ein Fehler auffällt, geben Sie uns bitte Bescheid.
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