La radioattività nelle acque reflue di fracking deriva dall'interazione tra un liquame chimico e l'antico scisto durante il processo di fratturazione idraulica, secondo la ricerca del Dartmouth College.

Lo studio, dettagliato in documenti gemelli che compaiono in Geologia Chimica , è la prima ricerca che caratterizza il fenomeno del trasferimento del radio nel metodo ampiamente utilizzato per estrarre petrolio e gas. I risultati si aggiungono a ciò che è già generalmente noto sui meccanismi di rilascio del radio e potrebbero aiutare la ricerca di soluzioni alle sfide nell'industria del fracking.

Come risultato del fracking, gli Stati Uniti sono già un esportatore netto di gas ed è pronto a diventare un esportatore netto di petrolio nei prossimi anni. Ma le acque reflue prodotte contengono tossine come il bario e il radio radioattivo. Al decadimento, il radio rilascia una cascata di altri elementi, come il radon, che complessivamente generano un'elevata radioattività.

"La roba che esce quando fai il frack è estremamente salata e piena di cattiverie, " disse Mukul Sharma, un professore di scienze della terra a Dartmouth e capo del progetto di ricerca. "La domanda è come hanno fatto i rifiuti a diventare radioattivi? Questo studio fornisce una descrizione dettagliata di quel processo".

Durante il fracking, milioni di litri d'acqua combinati con sabbia e una miscela di sostanze chimiche vengono pompati in profondità nel sottosuolo ad alta pressione. L'acqua pressurizzata rompe lo scisto ed espelle gas naturale e petrolio. Mentre la sabbia impedisce alle fratture di risigillarsi, gran parte della cosiddetta "acqua liscia" che viene iniettata nel terreno ritorna in superficie come rifiuto altamente tossico.

Nel tentativo di scoprire come viene rilasciato il radio nei siti di fracking, il team di ricerca ha combinato esperimenti di estrazione sequenziale e seriale per lisciviare gli isotopi del radio dai campioni di carotaggio di scisto. Per lo studio, il gruppo di ricerca si è concentrato sulle rocce prelevate dalle località della Pennsylvania e di New York del Marcellus Shale. La caratteristica geologica è una delle principali formazioni rocciose negli Stati Uniti dove viene effettuato il fracking per estrarre il gas naturale.

Il primo documento di ricerca ha scoperto che il radio presente nel Marcellus Shale viene lisciviato nell'acqua salina in poche ore o giorni dopo il contatto tra roccia e acqua. Il radio lisciviabile all'interno della roccia proviene da due fonti distinte, minerali argillosi che trasferiscono radio-228 altamente radioattivo, e una fase organica che funge da fonte del più abbondante isotopo radio-226.

Il secondo studio descrive la meccanica del trasferimento del radio combinando risultati sperimentali e modelli di miscelazione isotopica con osservazioni dirette del radio presente nelle acque reflue risultanti dal fracking nel Marcellus Shale.

Presi insieme, i due documenti mostrano che l'aumento della salinità nell'acqua prodotta durante il fracking estrae radio dalla roccia fratturata. Prima dello studio di Dartmouth, i ricercatori erano incerti se il radio radioattivo provenisse direttamente dallo scisto o da salamoie naturali presenti in profondità in alcune parti del Marcellus Shale in Pennsylvania.

"L'interazione tra acqua e roccia che si verifica a chilometri sotto la superficie terrestre è molto difficile da indagare, " disse Joshua Landis, un ricercatore senior presso Dartmouth e autore principale per i documenti di ricerca. "Le nostre misurazioni degli isotopi del radio forniscono nuove informazioni su questo problema".

La ricerca conferma che mentre le acque reflue attraversano la rete di frattura e ritornano al foro di trivellazione, si arricchisce progressivamente di sali. La composizione altamente salina delle acque reflue è responsabile dell'estrazione del radio dallo scisto e del suo apporto in superficie.

"Il radio si trova su superfici minerali e organiche all'interno del sito di fratturazione in attesa di essere rimosso. Quando arriva l'acqua con la giusta salinità, la prende sulla radioattività e la trasporta, " disse Sharma.

I risultati di Dartmouth arrivano quando la produzione di petrolio e gas naturale negli Stati Uniti è aumentata notevolmente negli ultimi dieci anni a causa del fracking. Comprendere i meccanismi del trasferimento del radio durante il fracking potrebbe aiutare i ricercatori a sviluppare strategie per mitigare la produzione di acque reflue.

"La scienza è stata lasciata indietro dalla corsa all'oro, " ha detto Sharma. "Ottenere la scienza è il primo passo per risolvere il problema."

Un precedente studio di Dartmouth, scoperto che il bario metallico reagisce ai processi di fracking in modi simili. Il radio e il bario fanno entrambi parte dello stesso gruppo di metalli alcalino-terrosi.