Uraanin esiintyminen
Uraanin esiintyminen maankuoressa on seurausta geologisista prosesseista, jotka ovat rikastaneet uraanin suhteellista osuutta maapallon pintakerroksissa. Maankuoressa uraani on edelleen rikastunut lukuisten prosessien kautta erilaisiksi esiintymiksi. Koska uraaniesiintymiä muodostuu monia eri väyliä, on uraani tyypillinen lognormaalisti maankuoreen jakautunut metalli[1]. Nykyisin uraani on merkittävä energianlähde, joten sen saatavuudella ydinpolttoaineeksi on huomattavaa taloudellista merkitystä.
Tunnetut taloudelliset uraanivarannot ovat NEA:n ja IAEA:n tekemän inventaarin mukaan noin 4,7 miljoonaa tonnia, joka riittää nykykulutuksella noin 85 vuodeksi[2]. Tämän lisäksi tulevat kuitenkin maankuoren toistaiseksi löytämättömät uraaniesiintymät, joissa arvioidaan olevan hyödyntämiskelpoista uraania vielä moninkertainen määrä[1][3][4][5][6]. Uraania on maapallolla myös merivedessä kaikkiaan noin viisi miljardia tonnia[7]. Yhdysvaltojen energiaministeriön tutkijat ovat malmikartoituksien perusteella todenneet, että ”uraanin saatavuus ei ole ydinvoiman kehitystä rajoittava tekijä”[1] ja IAEA:n ydinenergiaosaston johtajan Juri Sokolovin sekä NEA:n pääjohtajan Luis Echávarrin yhteisen kannan mukaan uraania riittää tarpeeksi näköpiirissä olevaan tulevaisuuteen[8].
Maapallon uraanivarat ovat peräisin aurinkokunnan syntyajoilta siitä tähtienvälisestä aineksesta, josta aurinko ja planeetat ovat tiivistyneet. Tässä aineksessa arvioidaan syntyprosessia kuvaavien teoreettisten mallien pohjalta olleen painossa mitattuna noin 41 miljardisosaa uraania (wppb)[9] ja astrofysikaalisten havaintojen pohjalta noin 57 wppb[10], todellisen arvon ollessa siis todennäköisesti jossain 50 wppb:n tienoilla. Ottaen huomioon uraanin radioaktiivisen hajoamisen, maapallolla kokonaisuudessaan nykyisin lienee 10 wppb uraania. Toisin sanoen maapallolla on kaikkiaan noin 63 biljoonaa tonnia uraania.[1]
Vaikka uraanin kokonaismäärä onkin valtaisa, jos se jakaantuisi tasan maapallon materiassa, ei sen taloudellinen hyödyntäminen olisi mahdollista. Kannattava uraanikaivostoiminta ei onnistuisi ilman uraanin geologisten prosessien kautta tapahtunutta rikastumista tiettyihin kivilajeihin. Jos maapallon kasautuminen olisi tapahtunut kylmässä, ilman kiviaineksen sulamista, näin saattaisi ollakin.
Maapallon sisäosien korkea lämpötila johtuu osittain siellä olevan uraanin hajoamisesta.[7] Sen vuoksi maapallon aines on pääosin sulaa. Maan radioaktiiviset aineet yhdessä painovoiman puristusvaikutuksen kanssa kuumentavat planeetan sisukset niin, että mineraalit sulavat nesteeksi. Syntyhistoriansa alkuvaiheessa maapallon arvioidaan fysikaalisten mallien ja geologisen aineiston perusteella olleen kokonaan sula.
Suuren ionikokonsa ja radioaktiivisen lämmönkehityksen johdosta uraani hakeutuu sulassa aineksessa matalan sulamislämpötilan jakeeseen ja sitä myöten maan vaippaan ja kuoreen. Aikojen kuluessa magman kierto on rikastanut maankuoren uraanipitoisuuden huomattavan korkeaksi. Geologisten mallien pohjalta arvioidaan, että peräti kaksi kolmannesta maapallon 63 biljoonan tonnin uraanivarannosta on kertynyt maankuoreen, jossa on ainoastaan 0,4% maapallon kokonaismassasta. Magmakivien vertaaminen rautameteoriitteihin, joissa on säilynyt varhaisen aurinkokunnan kemiallinen koostumus, osoittaa arvion vähintään oikean suuntaiseksi.[3]
Uraania on sen fysikaalisten ominaisuuksien ja geologisten prosessien seurauksena kertynyt maankuoreen erittäin korkeita pitoisuuksia verrattuna sen yleiseen esiintymiseen. Keskimäärin uraania on maankuoressa noin 4 miljoonasosaa, joten se on varsin yleinen metalli – suurin piirtein yhtä yleinen kuin tina ja satoja kertoja yleisempi kuin harvinaiset metallit kuten kulta[11]. Uraani myös säilyy muuttumattomana halki geologisten prosessien, toisin kuin fossiiliset polttoaineet, jotka saattavat palaa tai haihtua ilmakehään vuosimiljoonien kuluessa. Pois lukien uraanin hitaan radioaktiivisen hajoamisen, kaiken maapallon syntyhetkellä olleen uraanin pitäisi siis edelleen olla planeetalla.
Alkuaineiden geologisessa jakautumisessa ratkaisevaa on minkälaiset ja ennen kaikkea kuinka monet erilaiset prosessit rikastavat ja köyhdyttävät mineraaleja kyseisen alkuaineen suhteen. Alkuaineet, jotka kertyvät esiintymiksi vain pienellä määrällä geologisia prosesseja voidaan odottaa jakautuvan multimodaalisesti, kun taas aineet, joita rikastavat lukuisat erilaiset prosessit rikastavat jakautuvat lognormaalisti. Kuvallisesti esitettynä multimodaalisessa jakaumassa on nähtävissä useita piikkejä, joista kukin vastaa yhtä kyseistä alkuainetta rikastaneista geologisista prosesseista. Jos kutakin prosessia tarkasteltaisiin erikseen, olisi näkyvissä luonnollisesti vain yksi piikki, joka kuvastaisi sitä pitoisuutta, johon kyseisellä prosessilla on taipumus alkuainetta kasata. Kun ne summataan, saadaan ”monipiikkinen” eli multimodaalinen jakauma.
Kun rikastavia geologisia prosesseja on tarpeeksi, yksittäiset piikit alkavat erottua entistä heikommin toisista ja käyrä tasoittuu. Lognormaalisti jakautuvan alkuaineen kohdalla rikastavia prosesseja on niin monia, että kutakin prosessia kuvaavat piikit menevät päällekkäin ja summautuvat jakaumaksi, jossa yksittäiset piikit eivät enää erotu multimodaalisesti. Jakauman huippu asettuu sellaiseen pitoisuuteen, jossa rikastavien prosessien määrä on suurin.[3]
Urani on tyypillinen lognormaalisti jakautuva alkuaine, sillä uraania rikastavia prosesseja ja erilaisia esiintymätyyppejä tunnetaan varsin runsaasti.[1] Jakauman huippu osuu huomattavasti rikkaampiin esiintymiin kuin mitä maankuoren keskimääräinen uraanipitoisuus on. Malminetsinnän kannalta uraani on siis otollinen metalli, koska uraanin fysikaaliset ominaisuudet kasaavat siitä luonnostaan hyvin monipuolisiksi rikkaiksi esiintymiksi.[3]
Uraanin kertyminen maankuoreen saa alkunsa magman kierrosta, joka rikastaa uraanin pitoisuutta maapallon pintakerroksissa. Nuori, vasta jähmettynyt kiviaines on suhteellisen köyhää uraanin suhteen, vanhoissa magmakivissä uraanin pitoisuus on huomattavasti korkeampi. Tämä johtuu siitä, että suuri ionikoko saa uraanin hakeutumaan osittain sulaan ainekseen ja kohoamaan vaipassa maankuoreen muiden suurten ionien kuten natriumin kanssa. Toisaalta uraanin radioaktiivisuus toimii lämmönlähteenä, joka muiden lämpöä tuottavien aineiden tapaan saa uraanin kulkeutumaan vaipasta kohti pintaa ja tunkeutumaan maankuoreen.
Uraanin taipumus kohota sulassa kiviaineksessa pintaan on maapallon geologiaa merkittävästi määrittävä tekijä. Jos uraani ja muut raskaat radioaktiiviset aineet hakeutuisivat maapallon ytimeen, olisivat magmavirtaukset huomattavasti voimakkaampia, mikä näkyisi vallitsevia oloja selvästi epävakaampana tektoniikkana. On kyseenalaista voisiko niin suurten geologisten voimien repimällä maapallolla esiintyä nestemäistä vettä ja siten elämää.
Subduktiovyöhykkeillä, joissa mannerlaatan kiviaines painuu alemmas ja sulaa, kivinäytteet sisältävät tyypillisesti painossa mitattuna noin 2 miljoonasosaa (wppm) uraania. Merten hautavajoamissa puolestaan, jossa magmasta muodostuu uutta kalliota, kivinäytteet sisältävät tavallisesti noin 0,1 wppm uraania. Tämä on seurausta kivien erilaisesta geologisesta historiasta: vanhaan, maankuoressa pitkään olleeseen kiveen, joka subduktiovyöhykkeillä sulaa uudestaan, on ehtinyt kertyä edellä kuvatun kulkeutumisprosessin seurauksena runsaasti uraania. Vasta syntyvään kiveen uraania sitä vastoin ei ole vielä ehtinyt kertyä. Jatkuvasti toistuvana tämä kiertoprosessi on rikastanut maankuoren uraanipitoisuuden sen nykyiselle korkealle tasolle.[3]
Jotkin uraaniesiintymät ovat suoraa seurausta magmakiviprosessin aikaansaamasta rikastumisesta. Tällaisia esiintymiä hyödyntävät muun muassa Joachimsthalin kaivokset Tšekissä ja Ison Karhujärven Kanadassa. Pääasiassa magmakiviprosessi yksin ei kuitenkaan riitä rikastamaan uraanin pitoisuutta tarpeeksi korkeaksi, jotta syntyisi nykykaivostoiminnalle kannattavia malmeja.
Useimmat uraaniesiintymiä muodostavat geologiset prosessit liittyvät uraanin taipumukseen olla voimakkaasti liukenevaa hapettavissa ympäristöissä ja erittäin liukenematonta pelkistävissä ympäristöissä. Maapallon ilmakehän happipitoisuus kasvoi huomattavasti noin 1,8 miljardia vuotta sitten muuttaen sen pelkistävästä hapettavaksi. Sen seurauksena viimeiset 1,8 miljardia vuotta merkittävin uraania maankuoressa liikuttava ilmiö on ollut pinnan läheisyydessä olevan happipitoisen pohjaveden liikkeet. 1,8 miljardia vuotta sitten ja sitä ennen vesistöt eivät juuri liikuttaneet uraania. Jotkin hyvin vanhat kivilajit sisältävät edelleen huomattavia vanhoja, hapettavan veden liikkeiltä säästyneitä uraaniesiintymiä. Tällaisia ovat esimerkiksi Elliot Laken esiintymä Kanadassa ja Witwatersrand Etelä-Afrikassa.[3]
Myöhemmin pohjavesiliikkeet ovat saattaneet uraanin entistä enemmän liikkeelle, minkä seurauksena merten, vesistöjen ja pohjavesien uraanipitoisuudet kasvavat edelleen hitaasti. Pääosin uraanipitoisuus vesistöissä pysyy kuitenkin edelleen kaukana saturaatiotasosta. Paikoitellen maapallon historiassa on esiintynyt alueita, joissa veden kemia on muuttunut pitkäksi aikaa pelkistäväksi. Aikojen kuluessa näille alueille on kertynyt merkittäviä määriä uraania. Huomattava täten syntynyt uraaniesiintymä on esimerkiksi Coloradon ylängön mesozooinen hiekkakivi.
Myös valtamerissä esiintyy alueita, joissa veden happipitoisuus on alhainen veden vähäisen vaihtuvuuden vuoksi. Näillekin paikoille uraanilla on taipumus kertyä. Näin ovat muodostuneet esimerkiksi Chattanoogan mustan savikiven uraaniesiintymät Yhdysvalloissa Tennesseessä. Myös fosfaattikiviin kertyy täten usein huomattavia määriä uraania.[3]
Inkonformiteetilla tarkoitetaan aluetta, jossa kallion ikä ja ominaisuudet muuttuvat voimakkaasti ohuella vyöhykkeellä[12]. Paikoissa, joissa prekambrinen hiekkakivi on vielä paljon vanhemman prekambrisen graniitin päällä, hiekkakiven uraani valuu happipitoisen pohjaveden mukana inkonformiteetin rakoihin ja halkeamiin muodostaen usein hyvin rikkaan esiintymän. Esimerkiksi Kanadan Saskatchewanin uraaniesiintymät ovat suurelta osin täten syntyneitä.
Oklossa Gabonissa uraani on pohjaveden mukana kertynyt poikkeuksellisen rikkaiksi esiintymiksi. 1,7 miljardia vuotta sitten, kun uraanin fissiilin isotoopin U-235 pitoisuus oli isotooppien eri puoliintumisajoista johtuen vielä 3% verrattuna nykyiseen 0,7%:iin, käynnistyi Oklon esiintymässä useita luonnon ydinreaktoreita, joissa pohjavesi toimi neutronimoderaattorina ja jäähdytteenä. Reaktorit toimivat hyvinkin neljännesmiljoona vuotta. Niistä jälkeen jääneet luonnolliset "ydinjätteet" ovat viime vuosina saaneet runsaasti mielenkiintoa keinotekoisen ydinjätteen loppusijoituksen suhteen, sillä Oklon reaktoreiden polttoaineen jäänteet ovat säilyneet kalliossa näihin päiviin asti.[13]
Uraanilla on suuri taloudellinen merkitys ja se on huomattava kaivannainen. Sitä on kulutettu kautta vuosisatojen jossain määrin, lähinnä seosmetallina, mutta uraanin nykyisen suuruinen kysyntä sai alkunsa fission keksimisen jälkeen. Ensimmäinen käytännöllinen sovellus fissiolle oli ydinaseissa, ja ne olivatkin uraanin massakäytön ensimmäisten vuosikymmenten ajan sen merkittävä käyttökohde. Nykyisin maapallon ydinaseinventaarin kokonaismäärä on supistuva, joten asekäyttö ei enää synnytä uraanin nettokysyntää.[14]
Uraanin pääasiallinen käyttötarkoitus nykyisin on voimalaitoksissa, ydinenergian tuotannossa. Uraanin riittävyys on siis energiataloudelliselta kannalta hyvin keskeinen asia. Uraaniesiintymiä arvioidessa ratkaisevassa asemassa on esiintymien hyödynnettävyys tekniseltä ja taloudelliselta kannalta, koska suurimmatkaan määrät uraania eivät hyödytä energiantuotantoa, jos niiden saattaminen energiakäyttöön aiheuttaa enemmän kustannuksia kuin hyötyä.[3]
Luonnonvaroista puhuttaessa varannolla (engl. reserve) tarkoitetaan sitä osaa esiintymistä, joka on jo löydetty ja joka tiedetään nykytekniikalla vallitsevassa markkinatilanteessa kannattavaksi hyödyntää. Varoilla (engl. resource) puolestaan tarkoitetaan kallioperässä olevia esiintymiä, joita toistaiseksi ei vielä tunneta. Tunnetut varannot muodostavat siis vain pienen, toistaiseksi tunnetun osan maankuoren kokonaisvaroja.[15]
Lisäksi varannon kokoon vaikuttaa se, että malmin määrä kasvaa kun raaka-aineen hinta nousee. Malmi on mineraali, joka sisältää metallia tarpeeksi, jotta sen käyttö on taloudellista. Malmivarannot riippuvat kulloisestakin markkinatilanteesta: hinnan nousu siis laajentaa malmivarantoa, koska jo tunnetuista esiintymistä köyhemmätkin muuttuvat taloudellisesti kannattaviksi hyödyntää.[16] Malmivaranto voi laajentua myös kaivostekniikan kehityksen tai uusien löydettyjen esiintymien kautta.[3]
Hyvin harvat uraaniesiintymät ovat tiedettyjä historiallisista syistä tai sattumalta löydettyjä; pääosa tunnetaan tietoisen malminetsinnän johdosta. Maailmassa on ollut menneinä aikoina kaksi merkittävää uraaninetsintäbuumia: toisen maailmansodan jälkeen ydinaseiden aiheuttama ja 1972 alkaen energiakriisin aiheuttama.
1970-luvun jälkeen uraanin aktiivinen etsintä on ollut hyvin vähäistä, koska silloin löydetyt esiintymät ovat ajanoloon osoittautuneet selvästi luultua rikkaammiksi ja ydinenergian käytön kasvu on ollut arvioitua hitaampaa. Tämä johtuu öljyn ja muiden fossiilisten polttoaineiden ennakoitua suuremmasta käytöstä. Uraanista saatava energia on myös kasvanut ydintekniikan kehityksen myötä ja ydinaseriisunnasta on saatu plutoniumia hävitettäväksi voimalaitoksissa, mikä vähentää luonnonuraanin kysyntää. Nykyiset varannot ovat siis pääosin vuosikymmeniä sitten tehdyn etsintätyön tulosta. Geologit kuitenkin arvioivat (ks. esim.[1][3][4][5][6]), että varantoa voitaisiin tarvittaessa laajentaa nopeasti uusilla etsinnöillä, kuten 1950- ja 1970-luvuilla tehtiin. Uraanin hinnan nousu viime vuosina onkin uudistanut kiinnostusta uraaninetsintään. Hinnan ja malminetsinnän välinen mekanismi muodostaa takaisinkytkennän, joka tasapainottaa uraanin hintaa samoin kuin muidenkin luonnonvarojen.[17] Raakauraanin hyvin alhainen osuus ydinsähkön hintarakenteessa mahdollistaa köyhienkin esiintymien taloudellisen hyödyntämisen.[3][18]
Tunnetut uraanivarannot tuhatta tonnia, kun hinta130$/kg[2]Australia1143Kazakstan816Kanada444Yhdysvallat342Etelä-Afrikka341Namibia282Brasilia279Niger225Venäjä172Uzbekistan116Ukraina90Jordania79Intia67Kiina60Muut287Yhteensä4743
Maailman ydinvoimajärjestö (World Nuclear Association, WNA) arvioi, että maailman uraanikaivoksissa ja muissa hyvin tutkituissa esiintymissä on noin 1,32 miljoonaa tonnia uraania, joka olisi jalostettavissa 40 $/kg markkinahinnalla. Tämä on kuitenkin vain pieni osa laajempia uraanivarantoja, joita kallioperässä tiedetään olevan malminetsinnän perusteella.[3]
Uraanin tunnetusta varannosta pidetään kansainvälisesti kirjaa. YK:n atomienergiajärjestö IAEA ja OECD:n NEA kokoavat joka toinen vuosi jäsenmaista tiedot tunnetuista uraaniesiintymistä. Jäsenmaat ilmoittivat vuonna 2005 uraanivarannoikseen runsaat 3,8 miljoonaa tonnia alle 80 $/kg hinnoilla. Jos uraanin hinta nousisi 130 $/kg:n, varannot kasvaisivat yli 4,7 miljoonalla tonniin. Lisäksi jäsenmaat arvioivat, että 10 miljoonaa tonnia lisävarantoja löytyvän toistaiseksi taloudellisesti arvioimattomista esiintymistä. Lisäksi noin 40% maailman ydinsähköstä tuotetaan tällä hetkellä kaivostoimintaa kaipaamattomista polttoaineenlähteistä, kuten vanhoista varastoista, käytetyn ydinpolttoaineen jälleenkäsittelystä sekä ydinaseriisunnasta.[2]
Maailman ydinvoimajärjestön arvion mukaan kaivoksissa tällä hetkellä tunnettu uraani riittää nykykulutuksella ydinvoimaloiden tarpeisiin noin kahdeksikymmeneksi vuodeksi.[3] Euroopan komission raportin mukaan nykyiset uraanivarannot riittävät nykytuotannolla 42 vuodeksi.[19] Jos otetaan kaivoksissa olevien varantojen lisäksi huomioon tunnetut taloudelliset uraanivarannot IAEA:n ja NEA:n inventaarion mukaisesti, riittäisivät ne nykyisen ydinvoimatuotannon tarpeisiin noin kahdeksi sadaksi vuodeksi.[2]
Poliittisessa keskustelussa uraanivarantoja koskevat arviot esitetään joskus kuin niiden ehtyminen merkitsisi käytettävissä olevien uraanivarojen kaikkinaista loppumista (ks. esim.[20]). Tällöin ei kuitenkaan uraanivarannon ja uraanivarojen välillä ole tehty tarpeellista eroa. Vaikka toistaiseksi tuntemamme uraanivaranto onkin varsin rajallinen, on se vain pieni osa kaikista niistä uraanivaroista, joita maankuoresta ei vielä ole löydetty, mutta joiden geologian nojalla tiedetään siellä olevan.[1][3][4][5][6]
Tunnetut uraanivarannot on kattavasti kartoitettu NEA:n ja IAEA:n selvityksessä, joka on käsitelty edellä. Koska niin kauan kuin selvitystä on tehty, on tunnettujenkin uraanivarantojen riittävyys ylittänyt 50 vuotta, on kiinnostus kokonaisuraanivarojen arvioimiseksi ollut jokseenkin vähäistä.[3] Vertailun vuoksi vuonna 1972 kuparin tunnetut varannot olisivat riittäneet silloisella kulutuksella 36 vuodeksi, kullan 11 vuodeksi, lyijyn 26 vuodeksi, elohopean 13 vuodeksi, tinan 17 vuodeksi ja sinkin 23 vuodeksi[21].
Uraanivarantoja on siis aina kulutukseen verrattuna tunnettu suhteellisen runsaasti. Nykyisinkin IAEA:n ydinenergiaosaston johtajan Juri Sokolovin ja NEA:n pääjohtajan Luis Echávarrin yhteisen kannan mukaan uraania riittää tarpeeksi näköpiirissä olevaan tulevaisuuteen[8]. Seuraavassa esitellään eräitä arvioita uraanivarojen koosta.
IAEA:n ja NEA:n inventaari IAEA:n ja NEA:n uraanin inventoinnista vastaavat tutkijat ovat arvioineet, että tavanomaisista lähteistä saatavat hyödynnettävät uraanivarat ovat yli 17 miljoonaa tonnia[22]. IAEA ja NEA ovat lisäksi arvioineet fosfaattiesiintymien sisältävät noin 35 miljoonaa tonnia uraania[23], jotka riittäisivät riippuen uraaninen kysynnän kasvusta noin 350–450 vuodeksi[24]. Tämän lisäksi mahdollisesti hyödynnettävissä olevia epätavanomaisisa lähteissä olevia varantoja on yli 4 miljardia tonnia.[22]
Käytettävissä olevan energian eli eksergian määrässä mitattuna Stanfordin yliopiston ilmasto- ja energiatutkimusprojektissa on arvioitu maankuoren sisältävän 1 000 tsettajoulen uraanivarat. Uraanin sisältämät eksergiavarat ovat noin nelinkertaiset hiileen, yhdeksänkertaiset öljyyn ja kaksikymmenkertaiset maakaasuun verrattuna. Kuitenkin uraania käytetään tällä hetkellä huomattavasti vähemmän kuin muita energiavaroja.[25]
USA:n energiaministeriön kartoitus Tähän mennessä kattavimman geologisen selvityksen[1] maankuoren uraanivaroista ovat laatineet Yhdysvaltojen energiaministeriön tutkijat energiakriisin aikaan. Tarkoitus oli selvittää ydinvoiman potentiaalia fossiilisten polttoaineiden korvaajana. Eri mineraalien tiedetään geologisten tutkimusten ja niiden syntyä koskevan tietouden perusteella sisältävän uraania vaihtelevissa, niille kullekin tyypillisissä pitoisuuksissa. Yhdistämällä toisaalta tiedot eri mineraalien yleisyydestä maankuoressa ja toisaalta tiedot niiden uraanipitoisuuksista, saatiin arvio maailman kokonaisuraanivarojen suuruudesta.
Energiaministeriön tutkijat joutuivat arvioissaan nojautumaan tunnettuihin esiintymätyyppeihin, joten he saattoivat aliarvioida rikkaiden uraaniesiintymien kokonaismäärää huomattavastikin jos jotain merkittäviä toistaiseksi tuntemattomia esiintymiä jäi arvion ulkopuolelle. Virhearvion mahdollisuutta kuitenkin pienentää 60-luvun alusta järjestelmällisesti tehdyt kattavat malminetsintälennot, jotka perustuvat maaperän säteilymittauksille. On siis epätodennäköistä, että ainakaan kovin huomattavia ennestään tuntemattomia rikkaita uraaniesiintymätyyppejä enää löydettäisiin.
Tällä hetkellä uraanin etsinnässä huomio keskittyy esiintymiin, joissa uraania on enemmän kuin 1000 ppm[3]. Tällaisia uraanipitoisuuksia sisältävät pääasiassa suonimaiset uraaniesiintymät, pegmatiitit, inkonformiteettiesiintymät, alluviumkivettymät ja hiekkakivet. Näissä esiintymissä on maankuoressa arviolta 90 miljoonaa tonnia uraania. Esiintymän pitoisuuden laskeminen 2–10 kertaa pienemmäksi laajentaa erityisesti alluvium- ja hiekkakiviesiintymien kokonaismäärää vielä 100 miljoonalla tonnilla, joka yli kaksinkertaistaa mainitut uraanivarat. Vulkaanisten esiintymien mukaan lukeminen alentaa pitoisuutta edelleen kertaluokalla, mutta laajentaa varoja peräti kahdella miljardilla uraanitonnilla. Koska uraanin vuosikulutus mitataan kymmenissä tuhansissa tonneissa on selvää, että uraanin geologinen niukkuus ei näköpiirissä olevassa tulevaisuudessa merkittävästi rajoita uraanin saatavuutta.[1]
Esiintymien hyödynnettävyyden kannalta olennaista on uraanin hinta ja sitä myöten uraanin kaivostoimintaan käytettävissä oleva panos. Uraanin geologian johdosta suhteellisen pieni nousu uraanin hinnassa voi kasvattaa erittäin huomattavasti taloudellisesti kannattavia uraanivaroja, esimerkiksi hinnan kaksinkertaistuminen johtaa varojen kymmenkertaistumiseen. Tämäkin tulee ottaa huomioon kun arvioidaan uraanin riittävyyttä. Kalliimmalla hinnalla kaivostoimintaan voidaan kuluttaa enemmän resursseja, joten saatavilla olevan uraanin määrä kasvaa koska yhä köyhemmät esiintymät muuttuvat hyödynnettäviksi.
Koska uraanin kertymiseen esiintymiin on hyvin runsaasti erilaisia mekanismeja, on uraani tyypillinen lognormaalisti maankuoreen jakautunut alkuaine. Tämän hetkinen kaivostoiminta keskittyy malmeihin, joiden hyödyntäminen on kannattavaa uraanin nykyisellä noin 25 $/kg pitkän aikavälin hintatasolla. Kun tällä alueella tutkitaan uraanin jakaumakäyrää, voidaan arvioida kuinka paljon köyhempiin esiintymiin siirtyminen kasvattaisi uraanivaroja. Oheisessa kuvassa uraanin jakaumakäyrä on esitetty 2-kantaisella logaritmisella asteikolla. Sille on piirretty tangentti alueelle, johon malminetsinnän mielenkiinto tällä hetkellä keskittyy. Kun tangentille lasketaan kulmakerroin logaritmisen asteikon askelvälien suhteen, saadaan sille noin arvo +3,5.
Koska 2-kantaisella logaritmisella asteikolla yksi askelväli merkitsee aina mitatun suureen kaksinkertaistumista, voidaan arvioida, että kaksinkertaistamalla kaivostoimintaan käytetty panos, kasvavat kannattavat uraanivarat 23,5-kertaisiksi, eli yli kymmenkertaisiksi. Edelleen tämän arvion perusteella uraanivarat 300-kertaistuisivat jos uraanin hinta kymmenkertaistuisi. Viime vuosina uraanin maailmanmarkkinahinta todella on yli kymmenkertaistunut[26]; jos edes osa tuosta hinnannoususta on pysyvää, on seurauksena taloudellisesti kannattavien uraanivarojen kasvaminen aivan uuteen suuruusluokkaan. Kaivosyhtiöt ovatkin jälleen käynnistäneet uraanin etsintätoimintaa eri puolilla maailmaa.[27]
Luonnollisesti uraanin hinnannousun myötä laajeneva malmivaranto on mahdollista hyödyntää vain jos tuotettavan energian hinta ei sen seurauksena nouse kestämättömästi. Uraanin osuus sillä tuotetun energian hinnassa on kuitenkin varsin alhainen. Menneiden parin vuosikymmenen aikana raakauraanin osuus on ollut noin 2% ydinsähkön hinnasta. Näin ollen uraanin hinnan kaksinkertaistuminen nostaisi tuotetun energian hintaa suurin piirtein 2%, kymmenkertaistuminenkin vain noin 20%. Tämäkin on hintavaikutuksen yliarviointia, sillä köyhdytetyn uraanin lisärikastamisella ja polttoaineen tehokkaammalla käytöllä selvästi pienempi sähkönhinnannousu olisi todennäköinen. Uraania voitaisiin siis ostaa selvästi nykyistä kalliimmalla hinnalla ilman että energian hinta nousisi läheskään yhtä paljoa.[3]
Suhteellisen köyhätkin uraaniesiintymät saattavat olla kannattavia monimetalliesiintyminä. Uraani on varsin tyypillinen sivutuote esimerkiksi kultakaivostoiminnassa. Kulta ja uraani hakeutuvat raskaina metalleina moniin samantyyppisiin mineraaleihin. Uraania myös käytetään hyväksi kullan etsinnässä sillä se on helpompi havaittava radioaktiivisuutensa johdosta. Hyvä esimerkki on Witwatersrandin kaivos Etelä-Afrikassa. Ensimmäisen 60 toimintavuotensa aikana kaivos tuotti lähinnä kultaa, mutta uraanin hinnan noustessa 50-luvulla sen vähäarvoisesta sivutuotteesta, uraanista, tulikin yllättäen haluttu kaivannainen[1]. Myös maailman suurin tunnettu uraaniesiintymä Olympic Damissa Australiassa tuottaa pääasiassa kuparia (75% tuloista), uraanin (20%), kullan ja hopean (yhdessä 5%) ollessa sivutuotteita[28]. Suomessa selvitetään mahdollisuutta aloittaa uraanin talteenotto Talvivaaran nikkelikaivoksessa. Ilman talteenottoa uraani jää kaivosjätteisiin[29].
Fosfaattiesiintymät sisältävät usein huomattavia määriä uraania niiden geologisen historian vuoksi. Fosfaateilla on kysyntää pääasiassa lannoitteina, ja tähän asti niiden uraanisisältö on pääosin jäänyt hyödyntämättä. Uraanin hinnan noustessa sen erottaminen saattaa kuitenkin tulla kannattavaksi, mikä huomattavasti kasvattaisi taloudellisia uraaniesiintymiä entisestään. Esimerkiksi Yhdysvallat pystyisi nykyisellä fosfaattituotannollaan kattamaan koko ydinpolttoainetarpeensa jos erotteluun ryhdyttäisiin.[1]
Suomen kallioperä yhdessä Ruotsin pääosan kanssa kuuluu Fennoskandian kilpialueeseen, jossa hyvin vanhaa peruskalliota on paljastunut laajalta alueelta. Erittäin vanhoihin kiviin tyypillisesti kertyy edellä selitetyn magmakiviprosessin kautta keskimääräistä korkeampia uraanipitoisuuksia. Suomen yleisimpiä kivilajeja ovat graniitit, jotka peittävät pääosan kallioperän pinta-alasta (n. 52,5%). Niiden uraanipitoisuus on tavallisesti 3–10wppm, mikä on varsin suuri verrattuna maankuoren keskiarvoon (4wppm).[30][1]
Koska Fennoskandian kilpi muistuttaa ominaisuuksiltaan monin tavoin maailman suurimpien uraanintuotantoalueiden geologiaa Kanadassa ja Australiassa, on Suomessa ja Ruotsissa ollut toiveita taloudellisesti merkittävien uraaniesiintymien löytämiseksi. Suomessa onkin toiminut uraanikaivokset Enon Paukkajanvaarassa sekä Askolassa, mutta toiminta ei edennyt koelouhintaa pidemmälle kun esiintymät todettiin liian köyhiksi. Uraaninetsinnät Enon ympäristössä kuitenkin jatkuvat kun Kauppa- ja teollisuusministeriö myönsi vuonna 2006 Arevalle valtauksia alueelta.[31][32]
Tällä hetkellä Suomessa ei toimi uraanikaivoksia, eikä mikään kaivosyhtiö ole ilmoittanut haluavansa sellaista perustaa. Suomessa ei myöskään tunneta yhtään uraaniesiintymää, joka olisi tarpeeksi rikas kannattavan uraanikaivoksen perustamiseksi. Kiinnostus malminetsintään on kuitenkin herännyt uraanin kysynnän kasvaessa ja etsintöjä Fennoskandian kilven alueella onkin aloitettu niin Suomessa, Ruotsissa, Norjassa kuin Venäjälläkin. Toistaiseksi etsinnöissä ei ole Suomen alueelta löydetty edes kaupallista kannattavuutta lähestyviäkään uraaniesiintymiä. Louhintakelpoisen esiintymän löytymistä pidetään varsin epätodennäköisenä ja vaikka tarpeeksi rikas esiintymä löytyisikin, lisätutkimuksineen, lupakäsittelyineen, koelouhintoineen ja rakennustöineen aikaa tuotantoon voi kulua hyvinkin 20 vuotta.
Uraanin etsinnän käynnistyminen uudestaan on saanut julkisuudessa runsaasti huomiota, vaikka uraanin etsinnällä sinänsä lentokoneella, maastosta kerätyillä näytteillä ja kairauksilla ei ole oikeastaan mitään merkityksellisiä vaikutuksia luontoon tai ihmisiin. Jos merkittävä esiintymä löydettäisiin, olisi seuraavana vaiheena koelouhinta, jota siis Suomessa on jo harjoitettu kahdessa kohteessa 1950- ja 1960-luvuilla. Varsinaisen kaivostoiminnan aloittaminen edellyttäisi uraanin tapauksessa poikkeuksellisesti valtioneuvoston lupaa ydinenergialaista johtuen. Päätöstä varten kuultaisiin myös maanomistajia ja paikallisia asukkaita. Lupa on täysin harkinnanvarainen, valtioneuvostolla on lain nojalla vapaus myös evätä se.[33][31]
Teoreettisen rajan uraanin hyödyntämiselle energianlähteenä asettaa sen louhintaan kulutetun energian määrä suhteessa uraanista saatavaan energiaan. Uraanipitoisuuden laskiessa sen erottaminen malmista kuluttaa enemmän ja enemmän energiaa. Peter Chapmanin 1970-luvulla tekemien laskelmien mukaan uraanin pitoisuuden laskiessa noin 20 wppm:an kuluttaa sen erottaminen enemmän energiaa kuin siitä voidaan ydinreaktorissa tuottaa. Uraaninlouhinnan ja reaktoritekniikan kehittyessä tämä raja saattaa tulevaisuudessa laskea alle 10 wppm:aan.[19]
Tällainen laskelma on kuitenkin luonteeltaan hypoteettinen, sillä tällä hetkellä malminetsinnässä keskitytään esiintymiin, joiden pitoisuus on yli 1000 wppm[3]. Maankuoren uraanipitoisuuksien lognormaalista jakautumisesta johtuen pelkkä etsittävän pitoisuuden puolittaminen 500 wppm:n kasvattaisi taloudellisesti kiinnostavat uraanivarat yli 10-kertaisiksi. Jos kaikki esiintymät, jotka ovat rikkaampia kuin 20 wppm olisivat kannattavia hyödyntää, kasvaisivat uraanivarat nykyiseen verrattuna jo monituhatkertaisiksi. Jos esiintymät 10 wppm asti olisivat kannattavia, kasvaisivat varat satojatuhansia kertoja nykyistä suuremmiksi. Näin suuret varat olisivat suunnattomat verrattuna ihmiskunnan koko energiankulutukseen. Tämä ei vielä ota huomioon hyötöreaktoritekniikkaa, jolla uraanista saatavan energian määrä voidaan kasvattaa moninkertaiseksi nykyiseen verrattuna. Lisäksi 1990-luvulla japanilaiset tutkijat ovat arvioineet uraanin eristämisen 0,003 wppm pitoisesta merivedestä olevan mahdollista noin 250 $/kg kustannuksilla, jonka tason uraanin maailmanmarkkinahinta on jo ylittänyt vuoden 2007 hintapiikin aikana.[1][34][18]
Uraanivarantojen hyödyntämisen esteeksi voivat muodostua myös sosiaaliset, ekologiset ja poliittiset syyt. Esimerkiksi Australiassa, jossa arvioidaan olevan maailman suurimmat uraanivarat, on vain kolme uraanikaivosta, sillä toinen maan pääpuolueista, Australian työväenpuolue, vastusti vuoteen 2007 saakka uusia kaivoshankkeita. Lisäksi maan alkuperäisväestön perinteisillä asuma-alueilla, joilla monet uraaniesiintymät sijaitsevat, alkuperäisasukkaat voivat nykyisin kieltää luonnonvarojen etsinnän ja hyödyntämisen. Alkuperäisväestön kannat ovat vaihdelleet: joissain tapauksissa lupa on myönnetty, toisissa ei.[35][36] Esimerkki nykykäytännöstä on Kakadun kansallispuisto, jossa tällä hetkellä toimivan Rangerin uraanikaivoksen lähistöllä olisi erittäin huomattavia lisävaroja. Niiden hyödyntäminen ei kuitenkaan voi alkaa ilman alkuperäisasukkaiden lupaa, jota kaivosyhtiö ei toistaiseksi ole saanut.[37]
Uraanin noussut hinta on saanut kaivosyhtiöt etsimään uraania myös Suomesta. Nummi-Pusulan kunnassa paikalliset asukkaat ovat pääasiassa vastustaneet etsintää sen mahdollisten ympäristövaikutusten vuoksi.[38] Itä-Suomessa suhtautuminen on ollut kaksijakoista. Osa kunnista, kuten Kontiolahti, on suhtautunut valtauksiin myönteisesti,[39] kun taas toiset kunnat, kuten Eno, ovat vastustaneet uraanivaltauksia.[40]
Luokka:Malmigeologia Luokka:Uraani