Тайны урана
Пять ошеломляющих фактов и гипотез
Российский геолог Владимир Печенкин написал книгу, в которой он рассказывает об истории «жизни» урана на нашей планете, — «Рожденный жизнью. Уран: от атома до месторождения». Непрофессиональной аудитории известна только современная ее часть — использование урана в ядерном оружии, атомной энергетике. Автор же, изучивший массу источников, приходит к выводу, что появление урановых месторождений объясняется не только геологическими процессами, а прямо связано с деятельностью живых организмов. Приводим цитаты и краткий пересказ самых удивительных фактов и гипотез, представленных в книге.
1. Уран пришел из черной дыры
«Сегодня принято считать, что все элементы тяжелее железа, в том числе уран, возникли в результате взрывов сверхновых. Но недавние изыскания специалистов в этой области предполагают более экзотические процессы. Ученые считают, что здесь замешаны так называемые примордиальные черные дыры — небольшие аналоги «обычных» черных дыр звездной массы, возникавшие в первые мгновения жизни Вселенной из особо плотных скоплений темной материи. Они обладали множеством необычных свойств, в том числе способностью проникать внутрь более крупных объектов, не разрывая их на части, как это делают обычные черные дыры.
При столкновении с пульсаром примордиальная черная дыра буквально «выедает» его изнутри. В соответствии с законами физики, уменьшение радиуса приводит к резкому возрастанию скорости вращения пульсара, да так, что от него начинают отлетать «ошметки». Материя нейтронной звезды, обладающая сверхвысокой плотностью и полностью состоящая из нейтронов, после подобного «катапультирования» становится нестабильной и превращается в «обычную» материю, при этом рождаются атомы тяжелых элементов. Именно тогда в космосе появился и уран».
2. Изотопа 235U становится все меньше
«В природе существует несколько изотопов урана, важнейшими являются 238U и 235U. Первого на Земле примерно 99,3%, а второго — какие-то несчастные 0,7%. Они отличаются временем распада. Период полураспада 238U составляет 4,5 млрд лет, а 235U — 700 млн лет. То есть за 4,5 млрд лет количество 238U уменьшилось на Земле в два раза, а 235U уменьшается вполовину каждые 700 млн лет. Простые арифметические подсчеты показывают, что за те же 4,5 млрд лет количество изотопа 235U сократилось почти в 70 раз».
Радиоактивные изотопы могут даже «вымирать». «В журнале Science в октябре 2004 года была опубликована статья американских геологов, в которой приводились доказательства былого наличия 244Pu в исследованных цирконах. Этот ныне потухший изотоп имел период полураспада всего 82 млн лет и «вымер» в течение первых 600 млн лет после образования Земли».
3. Бактерии питались урановыми «леденцами»
«Сегодня общеизвестно, что органический углерод является биокатализатором урана и способен мобилизовать и иммобилизовать его посредством осаждения, биосорбции, внутриклеточного накопления, биотрансформации и даже хелатирования. Но на Витватерсранде (золотоурановое месторождение в ЮАР. — Примеч. ред.) микроорганизмы действовали совсем уж невообразимым образом. По наблюдениям Жоржетты Смит, органическое вещество «рассасывает» (resorption) и «переваривает» (digestion) зерна уранинита. Заселяясь на поверхности уранового минерала, микроорганизмы вдоль микротрещин проникают в зерна, прокладывая себе путь так же, как сегодня корни растений разламывают камни и, в конце концов, растирают зерна уранинита до размера 5–7 нм. Живое вещество, обрастая вокруг отдельных микрозерен, определяет строение формирующегося мата, являясь по существу симбиозом урана и микроорганизмов. Образующийся тухолит — яркий пример биогенного минерала».
4. Микроводоросли, возможно, первыми запустили ядерный реактор
«В Габоне выявлено 17 природных реакторов на месторождениях Окло, Окелобондо и Бангомбе. Испанские ученые из университета Комплутенсе предположили, что их работе способствовали живые организмы. Изучая микроводоросли Chlorophyta из отстойников и очистных сооружений на объектах отработки урановых руд в районе Саламанки (Испания), они обнаружили, что в экосистеме, где содержание урана в воде в 700–800 раз превышает предельно допустимые концентрации, 1 г высушенной биомассы Chlorophyta содержит 115 мг урана. При сравнении изотопного состава оказалось, что содержание 235U в микроводорослях на 3,5% выше, чем в окружающих водах отстойника. То есть водоросли не просто накапливают уран, а производят его обогащение, предпочитая более активный изотоп. Похожим образом действовали бактерии на месторождении Витватерсранд, препарировавшие уранинит ради изотопа 235U. Отсюда гипотеза, что именно микроорганизмы могли запустить процесс ядерного деления на месторождениях в Габоне: у них было 300 млн лет, чтобы обогатить руду на отдельных участках месторождения и накопить критическую массу 235U.
Реакторы работали пульсационно, подобно современным гейзерам: когда проницаемый горизонт наполнялся грунтовыми водами, реактор включался минут на 30, за это время вода выкипала и реакция приостанавливалась. В течение следующих 2,5 часов новые порции воды опять заполняли пористый песчаник, и деление урана возобновлялось. И так изо дня в день. По разным оценкам, реакторы работали от 150 тыс. до 600 тыс. лет. За это время выгорело около 5 тонн 235U и образовалось свыше 1400 кг изотопов плутония, который не «дожил» до наших дней и самоликвидировался. Ориентировочно реакторы района Окло выделили в пространство 15 тыс. мегаватт-лет тепловой энергии, а их «рабочая» мощность оценивается в 25–100 кВт⋅ч, что достаточно для одновременной работы нескольких десятков современных электрочайников или пылесосов».
5. Природные ядерные реакторы, возможно, связаны с появлением митохондрий
«Время действия природных ядерных реакторов (1,8 млрд лет назад) удивительным образом совпадает с возникновением совершенно нового типа внутриклеточного строения организмов. Именно на этом коротком временном промежутке развития планеты клетки обзавелись митохондриями — собственными источниками энергии. Это привело к радикальному перелому жизни на планете — появлению эукариотической клетки с ядром внутри. По мнению российского биолога и палеонтолога Александра Маркова, это важнейшее событие в истории Земли после возникновения Жизни на ней. Биосфере понадобилось 200 млн лет эволюции, чтобы адекватно отреагировать на кислородное отравление атмосферы, и не исключено, что ядерные реакторы внесли в этот процесс свой вклад. Могли ли в этот период работать на Земле другие природные реакторы? Вполне! Месторождения, подобные Окло, по-видимому, были не такой редкостью. Но Природа не сохранила их, в очередной раз начав перемешивать континенты».
