الأرض أنشأت مفاعلاً نووياً طبيعياً قبل الإنسان بملياري عام

قبل ملياري عام من نجاح الإنسان في شطر الذرة، كانت الأرض قد أنجزت ذلك بالفعل، بل وكانت تُشغّل مفاعلاتها النووية الخاصة. واستمرت هذه المفاعلات في العمل لمئات آلاف السنين، بالتزامن مع ظهور أولى بوادر الحياة متعددة الخلايا.

في عام 1972، كان المهندسون في مصنع يوروديف لمعالجة اليورانيوم في بييرلات بفرنسا، يُجرون فحصاً لخام اليورانيوم المشحون من الغابون الغنية بالموارد الطبيعية في غرب إفريقيا، عندما لاحظوا أمراً غريباً. كان محتوى اليورانيوم-235، والذي يشار إليه اختصاراً بـU-235، أقل من المتوقع، ليس فقط في بعض الصخور، بل في جميع الصخور المستخرجة من هذا المنجم تحديداً.

كانت الصخور تفتقر إلى بعض نظير اليورانيوم-235، ولأن نسب نظائر اليورانيوم ثابتة، فإن التفسير الوحيد لذلك هو أنه قد خضع بالفعل للانشطار النووي. باختصار، كان هذا دليلاً قاطعاً على أن اليورانيوم قد استُخدم بالفعل كوقود نووي.

تأمل الفيزيائي فرانسيس بيرين في هذا الاكتشاف، متردداً في تفسيره. يحتوي اليورانيوم الطبيعي على 0.720% من نظير اليورانيوم-235، بينما احتوت هذه الصخور من بلدة أوكلو في الغابون على 0.717% فقط. كان فرقاً ضئيلاً – 0.003% فقط – ولكنه ذو دلالة.

وبينما أشارت الأدلة إلى أن الصخور كانت جزءاً من تفاعل نووي، وجد العلماء صعوبة في تصديق ذلك. ولكن بعد مزيد من التحليل، عثروا على بصمات نظائرية ناتجة عن الانشطار، مما أكد أن خام اليورانيوم من أوكلو كان يُشغل في السابق مفاعلاً نووياً طبيعياً – بل عدة مفاعلات – في أعماق الأرض.

انشطار نووي تلقائي

قال لودوفيك فيريير، أمين مجموعة الصخور في متحف التاريخ الطبيعي بفيينا، حيث تُحفظ عينات من الصخور بشكل دائم منذ عام 2019, إنه 'بعد إجراء المزيد من الدراسات، بما يشمل فحوصات ميدانية، اكتشفوا أن خام اليورانيوم قد خضع للانشطار النووي تلقائياً. لم يكن هناك تفسير آخر'.

يبدو أن الطبيعة الأم قد سبقتنا إلى الطاقة النووية بما يقارب ملياري عام. بالطبع، كانت الأرض مكاناً مختلفاً تماماً قبل ملياري عام، وكان اليورانيوم الطبيعي يحتوي على حوالي 3٪ من اليورانيوم-235، وهو مستوى تخصيب مشابه لما يُستخدم في بعض المفاعلات الحديثة. هذا وحده لا يكفي لاستمرار الانشطار النووي، ولكن في أوكلو، عملت المياه الجوفية المتدفقة عبر هذه الصخور كمُهدئ طبيعي للنيوترونات، على غرار استخدام الماء في العديد من مفاعلات اليوم. وعندما تدفقت المياه الجوفية بشكل صحيح، حدثت تفاعلات الانشطار.

أظهرت أبحاث لاحقة أن هذه المفاعلات الطبيعية لم تكن تعمل باستمرار، بل كانت تعمل وتتوقف بشكل دوري على مدى مئات آلاف السنين. وبينما كانت ذرات اليورانيوم-235 تنشطر من تلقاء نفسها أحياناً، سمحت الظروف في أوكلو لهذه الأحداث النادرة بالتحول إلى تفاعل متسلسل مستمر. عملت ذرات الهيدروجين الموجودة في المياه الجوفية، والتي ملأت الشقوق والمسام في الصخور المحيطة، على إبطاء النيوترونات سريعة الحركة المنبعثة من الانشطار النووي بما يكفي لتحفيز المزيد من الانشطارات الذرية والحفاظ على استمرار التفاعل. بعد ذلك، كانت الحرارة المتولدة تُبخر الماء، مما يؤدي إلى إزالة المهدئ الطبيعي للنيوترونات، وإيقاف المفاعل – إلى أن تبرد الظروف ويتدفق الماء مرة أخرى بين الصخور.

15 مفاعلاً نووياً وأكثر

يقول بيتر وودز من الوكالة الدولية للطاقة الذرية: 'كما هو الحال في المفاعلات النووية الاصطناعية التي تعمل بالماء الخفيف، تتوقف تفاعلات الانشطار ببساطة، في غياب أي شيء يبطئ النيوترونات أو يهدئها. لقد عمل الماء في أوكلو كمهدئ، حيث امتص النيوترونات، وتحكم في التفاعل المتسلسل.'

منذ اكتشافها عام 1972، تم تحديد ما لا يقل عن 15 مفاعلاً نووياً داخل رواسب خام اليورانيوم الرئيسية في أوكلو، بالإضافة إلى مواقع أخرى مجاورة في بانغومبي. يحمل كل مفاعل بصمات نظائرية مميزة لا يمكن أن تتكون إلا من خلال الانشطار النووي المستمر. ويُعتقد أن كل مفاعل كان ينتج حوالي 100 كيلوواط من الطاقة الحرارية أثناء تشغيله – وهو مقدار ضئيل وفقاً للمعايير الحديثة، وجزء ضئيل فقط من هذا المقدار في أي وقت عند إيقاف تشغيل المفاعلات أو إعادة تشغيلها.

ظاهرة أوكلو المدهشة

قال باحثون في ورقة بحثية نُشرت عام 2011: 'تُعد ظاهرة أوكلو واحدة من أكثر الاكتشافات إثارة للدهشة في القرن العشرين في مجالي علوم الأرض والفيزياء النووية'.

إن ما حدث تحت سطح الأرض في أوكلو لا يمكن أن يحدث بشكل طبيعي اليوم. فقد انخفضت نسبة اليورانيوم-235 في الرواسب الطبيعية إلى حوالي 0.7٪، وهي نسبة منخفضة للغاية لا تسمح باستمرار تفاعل متسلسل دون تخصيب بشري. بينما لا تزال المنطقة مركزاً لتعدين اليورانيوم، فقد أصبحت أيضاً موقعاً بحثياً هاماً للعلماء.