Desde 1942, existem máquinas projetadas para gerar energia a partir da fissão nuclear, as quais chamamos de reatores nucleares. No entanto, muitos podem se surpreender ao descobrir que, bem antes disso, a própria natureza se encarregava da função: estudos indicam que reatores nucleares naturais existiram por bilhões de anos em diversas partes do globo.
Oklo, no Gabão, abriga 16 reatores nucleares naturais, os únicos do mundo. Crédito: WORLDKINGS
Dezesseis deles foram descobertos no Gabão, um país localizado na costa do Atlântico da África Central, onde teriam sido capazes de gerar aproximadamente 100 quilowatts de energia, o suficiente para acender cerca de mil lâmpadas de uma só vez.
Muitos se perguntam sobre como os reatores nucleares do Gabão surgiram, bem como a probabilidade de que futuros reatores nucleares naturais se formem em outros lugares da Terra.
O Gabão, o nome abreviado para a República Gabonesa, tem uma população de quase 2,2 milhões de pessoas e tem origem como território francês, em 1800. Por isso, a língua principal lá é o francês. O país conquistou sua independência da França em 1960, juntamente com vários outros países africanos.
Ludovic Ferrière, curador do Museu de História Natural de Viena, onde estão amostras de rochas dos reatores nucleares naturais de Gabão, país localizado na costa do Atlântico da África Central. Imagem: L. Gil/IAA – via Ancient Origins
Geologicamente, o Gabão é feito principalmente de rochas ígneas e metamórficas de quase dois bilhões de anos da era paleoproterozoica. Essa crosta antiga contém valiosos recursos naturais, incluindo magnésio, ferro, urânio, ouro e petróleo. Ao longo da paisagem, exploradores e pesquisadores podem encontrar formações terrestres antigas, como as bacias de fenda cheias de hidrocarbonetos formadas durante a separação da Pangeia, há 175 milhões de anos.
Durante a década de 1970, mineiros se depararam com esses 16 reatores nucleares em Oklo, uma região no sudeste do Gabão, enquanto procuravam urânio para abastecer usinas nucleares francesas.
O urânio é o principal elemento usado para gerar energia através da fissão nuclear. Em usinas nucleares construídas pelo homem, o urânio é transformado em pelotas para ser usado como combustível dentro de reatores nucleares.
Essas pelotas de urânio são então colocadas em hastes que são empacotadas para formar conjuntos de combustível. Os conjuntos de combustível são alojados dentro do vaso do reator, que fica submerso na água para agir como um refrigerador.
Amostras de rochas de Oklo doadas ao Museu de História Natural de Viena. Imagem: Ludovic Ferrière via Ancient Origins
Como se explicam os reatores nucleares naturais de Oklo
Na fissão nuclear, um átomo inicial de urânio é dividido, o que libera um nêutron. Esse nêutron, então, atinge outros átomos de urânio, dividindo-os. À medida que mais nêutrons dividem mais átomos de urânio, o calor é gerado a partir dessas reações químicas, que são usadas para transformar água em vapor.
Por sua vez, o vapor é usado para girar turbinas para produzir energia renovável ambientalmente saudável. A água do vaso do reator fica submersa para resfriar os elementos e diminuir os nêutrons para que as reações não ocorram muito rapidamente. O urânio é altamente procurado por usinas nucleares devido à sua capacidade de se dividir facilmente em átomos menores em comparação com outros elementos.
Quando o urânio natural foi encontrado por mineiros franceses em Oklo, pesquisadores chamados para a área notaram que havia uma menor concentração de 235U (isótopo de urânio 235, que é predominantemente usado na fissão nuclear, já que se divide facilmente).
Eles também descobriram evidências de césio, americium, cúrio e plutônio, que são tipicamente vistos como resíduos da decomposição de urânio nos reatores nucleares. Isso indicou que alguma fissão nuclear natural havia ocorrido dentro das minas.
Esse foi o primeiro passo da descoberta que indicou que a fissão nuclear poderia acontecer naturalmente dentro da Terra. Pesquisadores passaram a investigar mais sobre a fissão que ocorre nos reatores nucleares do Gabão, para entender como o fenômeno estava tão casualmente ocorrendo.
Em reatores nucleares artificiais, elementos refrigeradores, como a água, são necessários para retardar as reações químicas diminuindo a velocidade do movimento de nêutrons. Como explicado acima, a diminuição do movimento de nêutrons reduz a divisão dos átomos de urânio, o que resulta em uma produção mais gerenciável de calor e vapor. Sem um refrigerador como a água, a fissão nuclear ocorreria tão rapidamente que o vaso do reator poderia ficar quente o suficiente para derreter, queimar ou até mesmo explodir.
O urânio é altamente procurado por usinas nucleares devido à sua capacidade de se dividir facilmente em átomos menores em comparação com outros elementos. Na arte, a reação da fissão do urânio 235. Imagem: Adison Pangchai – Shutterstock
Fissão nuclear descontrolada por gerar desastres ambientais
Um exemplo primordial de fissão nuclear descontrolada seria o desastre de Chernobyl, que derreteu o núcleo do reator e causou várias explosões, levando a várias baixas e contaminação radioativa severa na região. Uma série de outras mortes ocorreram nos últimos anos devido à exposição radioativa, causando vários tipos de câncer e outras doenças em indivíduos afetados.
Ao analisar os reatores nucleares do Gabão, os cientistas perceberam pela primeira vez que para a fissão nuclear natural ocorrer, uma concentração significativamente maior de 235U tinha que estar presente em um ponto para iniciar essa reação em cadeia.
Dada a alta meia-vida de urânio (700 milhões de anos), essa concentração estaria presente quase dois bilhões de anos antes da descoberta dos minérios de urânio. A meia-vida corresponde ao tempo necessário para que metade dos núcleos radioativos desintegre-se, ou seja, é o tempo que leva para uma amostra radioativa reduzir-se à metade.
Com uma concentração tão alta, os átomos teriam colidido e se dividido naturalmente, o que teria levado a novas reações. Pesquisadores acreditam que essa alta concentração de urânio provavelmente teria sido causada por uma combinação do desequilíbrio de rochas ígneas e alta atividade bacteriana nos tempos antigos.
A área ao redor dos reatores nucleares naturais de Oklo sugere que a inserção de águas subterrâneas pode ser um ingrediente fundamental para o minério de urânio rico capaz de fissão espontânea. Imagem: Universidade Curtin
Com uma concentração tão alta de 235U, algum tipo de refrigerador teria sido necessário para controlar as reações e impedi-las de causar uma explosão dentro da mina. Acredita-se que havia anteriormente uma quantidade significativa de água em Oklo que teria agido como um refrigerador natural para as minas há dois bilhões de anos. Isso teria evitado que quaisquer reações incontroláveis ocorressem dentro da mina ao longo do tempo.
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Região não tem sinais de radioatividade
De acordo com o site Ancient Origins, alguns cientistas consideram que a parte mais fascinante sobre os reatores nucleares do Gabão não é o fato de que eles produziram energia nuclear espontaneamente. O fato mais interessante é que os testes não mostraram evidências de alta radioatividade na região. O césio e plutônio, outrora tóxicos, se deterioraram em bário, o que é inofensivo para os humanos.
Também não há sinais de exposição radioativa na vida selvagem na área, o que seria naturalmente esperado em torno de 16 reatores nucleares naturais. Tal descoberta sobre os reatores nucleares do Gabão sugere que a natureza encontrou uma maneira de livrar a área de radioatividade significativa ao longo do tempo.
Pesquisadores acreditam que os reatores nucleares do Gabão funcionaram por mais de um milhão de anos depois de terem sido formados, há quase dois bilhões de anos. Os reatores teriam funcionado corretamente sob a água, até que a água eventualmente evaporasse devido ao alto calor das reações nucleares. Essa é a mesma reação que ocorre em reatores artificiais, exceto que a água é reciclada em vez de ser evaporada completamente.
Após cerca de um milhão de anos, a concentração anteriormente elevada de 235U teria sido significativamente esgotada. Neste ponto, é provável que os reatores pararam de produzir energia ativamente. Embora os reatores naturais tivessem parado de agir, eles foram milagrosamente preservados por milhões de anos depois devido à proteção de argila circundante e substâncias carbonáceas. Essas substâncias protegeram os reatores de fontes de oxigênio elevadas que teriam corroído ou dissolvido todos os traços de reação nuclear nos últimos vários milhões de anos.
Atualmente, as minas estão esgotadas da maior parte de seu urânio utilizável, o que eliminou qualquer chance de os reatores produzirem mais energia algum dia no futuro. Os cientistas agora chamam essas minas de reatores de fissão nuclear natural “fósseis”, uma vez que eles não funcionam mais, mas ainda contêm evidências que provam sua capacidade prévia de gerar energia.
Embora os reatores nucleares do Gabão tenham tido todo o seu urânio utilizável extraído, foram colocadas em prática medidas para a recuperação de minas. A recuperação de minas é o ato de minimizar os efeitos ambientais da mineração, devolvendo áreas minadas ao seu estado original.
Para os reatores nucleares naturais fósseis em Oklo, a recuperação de minas ainda está em curso. O plano para a região não é totalmente claro, dada a sua história como um local de reator nuclear natural, mas os cientistas estão trabalhando ativamente na região para implementar o melhor plano possível.
Esses planos de recuperação levaram alguns a questionar se as minas podem um dia começar a gerar energia mais uma vez. Dada a concentração significativamente baixa de urânio no local atualmente, é altamente improvável que quaisquer reações em cadeia ocorram em um futuro próximo. Uma vez que o urânio é um recurso limitado no solo e não pode ser fabricado, também é impossível que a concentração de urânio nas minas aumente com o tempo.
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