Μελέτη και κατανομή φυσικών ακτινιδών σε γεωλογικά υλικά του ελληνικού χώρου πλούσια σε σπάνιες γαίες
Authors: Τζίφας Ιωάννης 
Published: September 2021

Η παρουσία και η κατανομή U και Th σε δύο γεωλογικούς σχηματισμούς του ελληνικού χώρου, διερευνήθηκε χρησιμοποιώντας ένα μεγάλο αριθμό αναλυτικών τεχνικών. Ιδιαίτερη έμφαση δόθηκε σε υλικά πλούσια σε φωσφόρο και σπάνιες γαίες, που έχουν χαρακτηριστεί από την Ευρωπαϊκή Επιτροπή ως κρίσιμες πρώτες ύλες για την ευρωπαϊκή οικονομία. Φωσφορικοί ασβεστόλιθοι πλούσιοι σε οργανική ύλη από την περιοχή της Ηπείρου έδειξαν αυξημένη περιεκτικότητα σε φώσφορο (27%), αλλά και φυσικό εμπλουτισμό σε ουράνιο (647 mg/kg). Από την άλλη πλευρά, το συνολικό περιεχόμενο σε σπάνιες γαίες ήταν ιδιαίτερα χαμηλό (180 mg/kg) σε σύγκριση με παρόμοια φωσφορικά πετρώματα από άλλες περιοχές του κόσμου. Η ορυκτολογική και χημική διερεύνηση δειγμάτων των ασβεστόλιθων αυτών ανέδειξε, κατά κύριο λόγο, την παρουσία οργανικής ύλης, απατίτη και ασβεστίτη. Μετρήσεις με ακτινοβολία συγχροτρονίου αποκάλυψαν την παρουσία τεταρτοσθενούς ουρανίου στους κρυστάλλους ανθρακικού απατίτη. Η παρουσία του ουρανίου στους ανθρακικούς απατίτες, αλλά και στους τυπικούς απατίτες, επιβεβαιώθηκε και με μέτρηση των ιχνών σχάσης μετά από ακτινοβόλησή τους με νετρόνια. Συνθετικοί ανθρακικοί απατίτες, που παρασκευάστηκαν εργαστηριακά, έδειξαν ότι αποτελούν σημαντικό μέσο απομάκρυνσης του ουρανίου από υδατικά διαλύματα διαφόρων τιμών pH. Σε περιοχές αρχικού pH (pHinit) 4 ως 10 διαπιστώθηκε διαλυτοποίηση του ανθρακικού απατίτη και κατακρήμνιση μετά-ωτουνίτη (Ca(UO2)2(PO4)2•2-6(H2O)). Σύμφωνα με διαγράμματα περιθλάσεως ακτινών-Χ η παρουσία του μετα-ωτουνίτη μειώνεται σταδιακά με την αύξηση του pΗ και εξαφανίζεται σε pH 13. Δείγματα μαύρης άμμου, που συλλέχθηκαν από την ακτογραμμή κοντά στα γρανιτοειδή της Καβάλας, βρέθηκαν να παρουσιάζουν συσσώρευση βαρέων και κρίσιμων μετάλλων (REE, Th, Nb, Ti). Η συγκέντρωση θορίου στα δείγματα βρέθηκε να φθάνει έως και τα 1200 mg/kg ενώ το ουράνιο εμφανίζεται σε σημαντικά χαμηλότερη συγκέντρωση (54.1 mg/kg). Το δυναμικό των δειγμάτων σε σπάνιες γαίες ήταν ιδιαίτερα αυξημένο (10810 mg/kg). Οι μετρήσεις LA-ICPMS σε επιλεγμένα ορυκτά της άμμου έδειξαν ότι ο εμπλουτισμός των υπό μελέτη στοιχείων, αποδίδεται στην παρουσία αλλανίτη, ζιρκονίου, μοναζίτη, και σε μικρότερο βαθμό, απατιτών και τιτανιτών. Η κατεργασία της άμμου με οξέα οδήγησε στον έντονο εμπλουτισμό της σε σπάνιες γαίες και σε θόριο σε σύγκριση με το αρχικό ανεπεξέργαστο δείγμα. Η σύγκριση της παράκτιας άμμου της Καβάλας με αντίστοιχα δείγματα που συλλέχθηκαν από το ηφαιστειακό νησί της Νισύρου έδειξε ότι η περιεκτικότητα των τελευταίων σε σπάνιες γαίες, θόριο και ουράνιο ήταν σημαντικά χαμηλότερη. Δείγματα παράκτιας άμμου από την Καβάλα συγκρίθηκαν με αντίστοιχα δείγματα από τη Νίσυρο και άλλων τοποθεσιών της Β Ελλάδας. Η συγκριτική αυτή μελέτη έδειξε την άμεση σχέση και συσχετισμό της σύστασης των άμμων με το γεωλογικό περιβάλλον της περιοχής από το οποίο προήλθαν. Τα δείγματα άμμων που προέρχονται από γρανιτικά πετρώματα είναι πλουσιότερα σε σπάνιες γαίες καθώς επίσης σε Th και U. Επιπλέον, τα ηφαιστειακά δείγματα, όπως αυτό της Νισύρου παρουσιάζουν υψηλότερες σε στρατηγικά μέταλλα, παρά τις χαμηλότερες σε σπάνιες γαίες και ακτινίδες. Η μελέτη τόσο των φωσφορικών πετρωμάτων της Βορειοδυτικής Ελλάδος όσο και της παράκτιας μαύρης άμμου της περιοχής της Καβάλας, αναμένεται επίσης να συμβάλλουν στην κατανόηση της γεωχημείας και διακίνησης και ακινητοποίησης του ουρανίου και του θορίου στο γεωλογικό περιβάλλον της Ελλάδας αλλά κα στην αποσαφήνιση των φαινομένων οξειδοαναγωγής, που λαμβάνουν χώρα.