Hvordan glat vand og sort skifer i fracking kombineres til at producere radioaktivt affald

Radioaktivitet i fracking spildevand kommer fra interaktionen mellem en kemisk gylle og gammel skifer under den hydrauliske fraktureringsproces, ifølge Dartmouth College forskning.

Studiet, detaljeret i tvillingpapirer, der vises i Kemisk geologi , er den første forskning, der kendetegner fænomenet radiumoverførsel i den meget anvendte metode til at udvinde olie og gas. Resultaterne tilføjer det, der allerede er generelt kendt om mekanismerne for radiumfrigivelse, og kan hjælpe med at søge løsninger på udfordringer i frackingindustrien.

Som følge af fracking, USA er allerede en nettoeksportør af gas og står klar til at blive en nettoeksportør af olie i de næste par år. Men spildevandet, der produceres, indeholder toksiner som barium og radioaktivt radium. Ved forfald, radium frigiver en kaskade af andre elementer, såsom radon, der kollektivt genererer høj radioaktivitet.

"De ting, der kommer ud, når du frack er ekstremt salt og fuld af ubehageligheder, "sagde Mukul Sharma, professor i jordvidenskab i Dartmouth og leder af forskningsprojektet. "Spørgsmålet er, hvordan affaldet blev radioaktivt? Denne undersøgelse giver en detaljeret beskrivelse af denne proces."

Under fracking, millioner liter vand kombineret med sand og en blanding af kemikalier pumpes dybt under jorden ved højt tryk. Det vand under tryk bryder skifer og adskiller naturgas og olie. Mens sandet forhindrer brudene i at forsegle, en stor del af det såkaldte "glatte vand", der sprøjtes i jorden, vender tilbage til overfladen som meget giftigt affald.

I forsøget på at opdage, hvordan radium frigives på fracking -steder, forskergruppen kombinerede sekventielle og serielle ekstraktionsforsøg til udvaskning af radiumisotoper fra skiferboreprøver. Til undersøgelsen, forskergruppen fokuserede på klipper hentet fra Pennsylvania og New York -steder i Marcellus -skiferen. Det geologiske træk er en af ​​de største klippeformationer i USA, hvor der udføres fracking for at udvinde naturgas.

Det første forskningsartikel fandt ud af, at radium, der findes i Marcellus -skiferen, udvaskes i saltvand på få timer til dage efter kontakt mellem sten og vand. Det udvaskelige radium i klippen kommer fra to forskellige kilder, lermineraler, der overfører stærkt radioaktivt radium-228, og en organisk fase, der fungerer som kilden til den mere rigelige isotop radium-226.

Den anden undersøgelse beskriver radiumoverførselsmekanikken ved at kombinere eksperimentelle resultater og isotopblandemodeller med direkte observationer af radium til stede i spildevand, der er forårsaget af fracking i Marcellus -skiferen.

Taget sammen, de to papirer viser, at den stigende saltindhold i vand, der produceres under fracking, trækker radium fra den frakturerede sten. Forud for Dartmouth -undersøgelsen, forskere var usikre på, om det radioaktive radium kom direkte fra skifer eller fra naturligt forekommende saltlage til stede på dybden i dele af Marcellus-skiferen i Pennsylvania.

"Interaktion mellem vand og sten, der forekommer kilometer under landoverfladen, er meget vanskelig at undersøge, "sagde Joshua Landis, en senior forsker ved Dartmouth og hovedforfatter til forskningsartiklerne. "Vores målinger af radiumisotoper giver ny indsigt i dette problem."

Forskningen bekræfter, at når spildevand bevæger sig gennem brudnetværket og vender tilbage til fracking -borhullet, den bliver gradvist beriget med salte. Spildevandets stærkt saltvandssammensætning er ansvarlig for udvinding af radium fra skifer og for at bringe det til overfladen.

"Radium sidder på mineralsk og organisk overflade inden for fracking -stedet og venter på at blive fjernet. Når der kommer vand med den rette saltholdighed, det tager det på radioaktiviteten og transporterer det, "sagde Sharma.

Dartmouth -fundene kommer, da olie- og naturgasproduktionen i USA er steget dramatisk i løbet af det sidste årti på grund af fracking. At forstå mekanikken ved radiumoverførsel under fracking kan hjælpe forskere med at udvikle strategier til at afbøde spildevandsproduktion.

"Videnskaben efterlades af guldrusen, "sagde Sharma." At få videnskaben er det første skridt til at løse problemet. "

Et tidligere Dartmouth -studie, fandt ud af, at metalbarium reagerer på fracking -processer på lignende måder. Radium og barium er begge en del af den samme gruppe af jordalkalimetaller.