Radiumin biosorptio ja bakteerien vaikutus happaman valuman syntymiseen Paukkajanvaaran entisellä kaivosalueella

Sulfidimineraaleissa tapahtuva hapon tuotto ja sitä kautta muodostuva hapan valuma kuuluvat vakavimpiin kaivostoimintaan liittyviin ympäristöongelmiin, joilla on usein hyvin pitkäaikaisia vaikutuksia erityisesti alueen vesistöihin ja biodiversiteettiin. Hapan valuma on pohjimmiltaan luonnollinen ilmiö, mutta kaivostoiminta lähes poikkeuksetta kiihdyttää sitä merkittävästi. Happaman valuman muodostumista ja siihen liittyviä tekijöitä on tutkittu runsaasti. Ongelmallisen asiasta tekee kuitenkin se, että jokainen kaivos on ominaisuuksiltaan, olosuhteiltaan ja ympäristöltään erilainen, joten ympäristövaikutusten arvioinnissa pelkkä teoriatieto ei riitä, vaan tarvitaan ensisijaisesti kokeellista tietoa. Itä-Suomessa Pohjois-Karjalassa sijaitseva vuosien 1958—1961 välillä toiminnassa ollut Paukkajanvaaran testiluokan uraanikaivos ei tee asiassa poikkeusta. Kaivos on ollut sulkemisensa jälkeen altis happaman valuman muodostumiselle, eikä happaman valuman muodostumista alueella ole juurikaan aikaisemmin tutkittu. Vaikka hapan valuma mielletään usein ensisijaisesti elottoman luonnon kemialliseksi prosessiksi, johon ympäristön fysikaaliset olosuhteet vaikuttavat, on monien tutkimusten kautta korostunut biosfäärin merkitys valuman syntymisessä. Erityisesti sulfidia hapettavien (SOB) ja sulfaattia pelkistävien (SRB) bakteerien tiedetään olevan keskeisessä roolissa prosessiin liittyen. Tämän Pro gradu -tutkimuksen ensimmäisen puoliskon tarkoituksena oli tutkia kahden sulfidia hapettavan ja yhden kahdenarvoista rautaa hapettavan bakteerin vaikutusta Paukkajanvaaran kaivoksen maanäytteistä vesifaasiin uuttuvan sulfaatin määrään. Liuoksessa olevasta sulfaatista muodostuu ympäristössä rikkihappoa. Rikkihappo laskee ympäristön pH-arvoa, minkä vaikutukset ovat moninaiset. Sulfaatin määrittäminen tehtiin ionikromatografian avulla, ja eri kohdista kerätyille maanäytteille tehtiin myös gammaspektrometrinen analyysi Ra-226:n aktiivisuuden määrittämiseksi. Biomassan hyödyntämiseen ympäristön puhdistamisessa on kohdistunut vuosien varrella paljon tutkimusta. Biomassaa voidaan hyödyntää esimerkiksi erilaisten radionuklidien poistamiseen liuoksista. Merja Lusan Mibira-tutkimusryhmä on Helsingin yliopiston Radiokemian yksikössä tutkinut erityisesti ympäristöbakteerien vuorovaikutusta radionuklidien kanssa. Tämän Pro gradu -tutkimuksen toisessa osassa tutkittiin radiumin biosorptiota kahteen Mibira-ryhmän Lastensuosta aikaisemmin eristämään bakteeriin sekä kolmeen Paukkajanvaaran maanäytteistä eristettyyn bakteeriin. Ra-226 on uraanisarjaan kuuluva radionuklidi, jonka haitallisuus johtuu erityisesti sen tytärnuklidista, ilmakehään helposti siirtyvästä kaasumaisesta radonista, Rn-222. Paukkajanvaaran eristetyille bakteereille tehtiin myös biokemiallinen karakterisointi sekä fylogeneettinen puu 16S rRNA-geenisekvensoinnin avulla. Tutkielman kokeellinen osuus tehtiin kokonaisuudessaan Helsingin yliopiston Radiokemian yksikössä. Tutkimuksessa selvisi, että sulfidia hapettavat Acidithiobacillus thiooxidans ja Thiobacillus thioparus sekä kahdenarvoista rautaa hapettava Acidimicrobium ferrooxidans, lisäävät merkittävästi sulfaatin uuttumista Paukkajanvaaran kaivosalueen mineraalipitoisesta maa-aineksesta liuokseen. Radiumin sitoutumisen biosorptiolla havaittiin olevan kohtalaista maaperän Pseudomonas-bakteereihin sekä yhteen Serratia-suvun bakteeriin. Yksikään tutkimuksessa käytetystä viidestä bakteerista ei sitonut radiumia huomattavasti toisia paremmin. Sen sijaan radiumin sitoutumisen havaittiin riippuvan jonkin verran lämpötilasta jokaisen bakteerin kohdalla. Kaiken kaikkiaan tässä tutkimuksessa saatiin uutta tietoa Paukkajanvaaran maaperässä olevista bakteereista sekä niiden vuorovaikutuksesta radiumin kanssa. Samalla saatiin todettua Acidithiobacillus thiooxidansin, Thiobacillus thioparuksen ja Acidimicrobium ferrooxidansin merkitys hapon muodostuksessa Paukkajanvaaran maaperässä