น้ำที่ลื่นไหลและหินดินดานสีดำในการหลอมรวมทำให้เกิดกากกัมมันตภาพรังสีได้อย่างไร

การศึกษาซึ่งมีรายละเอียดอยู่ในเอกสารแฝดที่ปรากฏในChemical Geologyเป็นงานวิจัยชิ้นแรกที่อธิบายลักษณะปรากฏการณ์ของการถ่ายโอนเรเดียมในวิธีการที่ใช้กันอย่างแพร่หลายในการสกัดน้ำมันและก๊าซ การค้นพบนี้เป็นการเพิ่มสิ่งที่ทราบกันทั่วไปอยู่แล้วเกี่ยวกับกลไกการปลดปล่อยเรเดียม และสามารถช่วยค้นหาวิธีแก้ไขปัญหาความท้าทายในอุตสาหกรรมการสกัดแร่เรเดียม จากผลของ fracking สหรัฐฯ เป็นผู้ส่งออกก๊าซสุทธิอยู่แล้ว และพร้อมที่จะกลายเป็นผู้ส่งออกน้ำมันสุทธิในอีกไม่กี่ปีข้างหน้า แต่น้ำเสียที่ผลิตมีสารพิษเช่นแบเรียมและเรเดียมกัมมันตภาพรังสี เมื่อสลายตัว เรเดียมจะปลดปล่อยธาตุอื่นๆ เช่น เรดอน ซึ่งรวมกันแล้วสร้างกัมมันตภาพรังสีสูง Mukul Sharma ศาสตราจารย์ด้าน Earth Sciences แห่งเมือง Dartmouth และหัวหน้าโครงการวิจัยกล่าวว่า "สิ่งที่ออกมาเมื่อคุณรู้สึกแย่นั้นเค็มมากและเต็มไปด้วยสารที่น่ารังเกียจ" "คำถามคือของเสียกลายเป็นกัมมันตภาพรังสีได้อย่างไร การศึกษาครั้งนี้ให้คำอธิบายโดยละเอียดเกี่ยวกับกระบวนการดังกล่าว" ในระหว่างการทำ Fracking น้ำหลายล้านแกลลอนรวมกับทรายและส่วนผสมของสารเคมีจะถูกสูบลงใต้ดินด้วยแรงดันสูง แรงดันน้ำจะแยกชั้นหินออกจากกันและขับก๊าซธรรมชาติและน้ำมันออกมา ในขณะที่ทรายช่วยป้องกันไม่ให้ชิ้นส่วนแตกหักหลุดออก สัดส่วนส่วนใหญ่ของสิ่งที่เรียกว่า "น้ำลื่น" ที่ถูกฉีดลงไปในดินจะกลับคืนสู่พื้นผิวในรูปของขยะที่มีพิษร้ายแรง เพื่อค้นหาว่าเรเดียมถูกปลดปล่อยออกมาอย่างไรที่ไซต์ fracking ทีมวิจัยได้รวมการทดลองสกัดแบบลำดับและแบบอนุกรมเพื่อกรองไอโซโทปเรเดียมออกจากตัวอย่างแกนเจาะหินดินดาน สำหรับการศึกษา ทีมวิจัยมุ่งเน้นไปที่หินที่นำมาจากตำแหน่ง Marcellus Shale ในเพนซิลเวเนียและนิวยอร์ก ลักษณะทางธรณีวิทยาเป็นหนึ่งในแนวหินที่สำคัญในสหรัฐอเมริกาที่มีการดำเนินการ fracking เพื่อสกัดก๊าซธรรมชาติ งานวิจัยชิ้นแรกพบว่าเรเดียมใน Marcellus Shale ถูกชะล้างลงในน้ำเกลือในเวลาเพียงไม่กี่ชั่วโมงหรือหลายวันหลังจากสัมผัสระหว่างหินกับน้ำ เรเดียมที่ชะล้างได้ภายในหินมาจากสองแหล่งที่แตกต่างกัน แร่ธาตุดินเหนียวที่ถ่ายเทเรเดียม-228 ที่มีกัมมันตภาพ รังสี สูง และเฟสอินทรีย์ที่ทำหน้าที่เป็นแหล่งกำเนิดไอโซโทปเรเดียม-226 ที่อุดมสมบูรณ์กว่า การศึกษาครั้งที่สองอธิบายกลศาสตร์การถ่ายโอนเรเดียมโดยการรวมผลการทดลองและแบบจำลองการผสมไอโซโทปเข้ากับการสังเกตโดยตรงของเรเดียมที่มีอยู่ในน้ำเสียซึ่งเป็นผลมาจากการแตกตัวใน Marcellus Shale เมื่อนำมารวมกัน เอกสารทั้งสองฉบับแสดงให้เห็นว่าความเค็มที่เพิ่มขึ้นของน้ำที่เกิดขึ้นระหว่างการแฟรคกิ้งจะดึงเรเดียมจากหินที่แตกร้าว ก่อนการศึกษาที่ดาร์ทเมาท์ นักวิจัยไม่แน่ใจว่าเรเดียมกัมมันตภาพรังสีมาจากหินดินดานโดยตรงหรือจากน้ำเกลือที่เกิดขึ้นตามธรรมชาติในส่วนลึกของหินดินดาน Marcellus ในรัฐเพนซิลเวเนีย Joshua Landis นักวิทยาศาสตร์การวิจัยอาวุโสของ Dartmouth และผู้เขียนนำรายงานการวิจัยกล่าวว่า "ปฏิสัมพันธ์ระหว่างน้ำกับหินที่เกิดขึ้นใต้ผิวดินเป็นระยะทางหลายกิโลเมตรเป็นเรื่องยากมากที่จะตรวจสอบ" "การวัดไอโซโทปเรเดียมของเราให้ข้อมูลเชิงลึกใหม่เกี่ยวกับปัญหานี้" การวิจัยยืนยันว่าเมื่อน้ำเสียไหลผ่านเครือข่ายการแตกหักและกลับไปที่รูเจาะ fracking มันจะกลายเป็นเกลือที่เข้มข้นขึ้นเรื่อย ๆ องค์ประกอบที่มีความเค็มสูงของน้ำเสียมีหน้าที่ดึงเรเดียมออกจากหินดินดานและนำมันขึ้นสู่ผิวดิน "เรเดียมเกาะอยู่บนพื้นผิวแร่และสารอินทรีย์ภายในบริเวณแฟรกกิ้งเพื่อรอการขับออก เมื่อน้ำที่มีความเค็มที่เหมาะสมเข้ามา มันจะรับเอากัมมันตภาพรังสีและส่งผ่านออกไป" ชาร์มากล่าว การค้นพบของ Dartmouth เกิดขึ้นเนื่องจากการผลิตน้ำมันและก๊าซธรรมชาติในสหรัฐฯ เพิ่มขึ้นอย่างมากในช่วงทศวรรษที่ผ่านมาเนื่องจากการแตกร้าว การทำความเข้าใจเกี่ยวกับกลศาสตร์ของการถ่ายโอนเรเดียมในระหว่างการแยกส่วนสามารถช่วยนักวิจัยในการพัฒนากลยุทธ์เพื่อลดการผลิตน้ำเสีย “วิทยาศาสตร์กำลังถูกทิ้งไว้เบื้องหลังในยุคตื่นทอง” ชาร์มากล่าว "การได้รับวิทยาศาสตร์เป็นขั้นตอนแรกในการแก้ไขปัญหา" การศึกษาก่อนหน้านี้ของ Dartmouth พบว่าแบเรียมโลหะทำปฏิกิริยากับกระบวนการ fracking ในลักษณะเดียวกัน เรเดียมและแบเรียมต่างก็เป็นส่วนหนึ่งของโลหะอัลคาไลน์เอิร์ทกลุ่มเดียวกัน