Oklo: la mina donde la naturaleza encendió sus propios reactores nucleares

En 1972, un análisis de uranio hizo saltar las alarmas en una instalación francesa de Pierrelatte. El material procedía de una mina de Gabón y tenía algo que no debía tener: menos uranio-235 del esperado. La diferencia inicial era pequeña, pero en el negocio nuclear las pequeñas diferencias no se despachan encogiéndose de hombros.

El químico Henri Bouzigues detectó la anomalía. Aquel resultado acabaría conduciendo a una explicación mucho más extraña que un error de laboratorio: parte del combustible se había consumido en una reacción nuclear. Y había sucedido unos 2.000 millones de años antes de que alguien construyera un reactor.

El uranio que llegó con algo de menos

El uranio natural contiene varios isótopos: átomos del mismo elemento que difieren en el número de neutrones de su núcleo. Casi todo es uranio-238. El uranio-235, especialmente importante porque puede mantener una reacción de fisión en cadena con neutrones lentos, representa hoy alrededor del 0,72 %.

Esa proporción resulta muy parecida en los yacimientos terrestres. Por eso llamó la atención que el material africano se desviara del valor esperado. Las comprobaciones descartaron una simple equivocación analítica y llevaron a investigar el origen del cargamento: los depósitos de Oklo, en el sureste de Gabón.

Al estudiar muestras del yacimiento aparecieron zonas mucho más empobrecidas en uranio-235. También se encontraron huellas isotópicas de productos de fisión: la composición de ciertos elementos encajaba con la que deja un reactor al partir núcleos de uranio. No era solo combustible ausente; estaban también los rastros de lo ocurrido.

El físico francés Francis Perrin desempeñó un papel central en la interpretación anunciada en 1972. La mina conservaba restos de reactores nucleares naturales. Hasta entonces, la primera reacción en cadena controlada que conocíamos era la lograda por el equipo de Enrico Fermi en Chicago en 1942. La geología tenía una entrada bastante anterior en la agenda.

La receta que el planeta ya tenía preparada

La idea no surgió completamente de la nada. En 1956, el físico Paul Kazuo Kuroda había calculado que ciertos depósitos de uranio podrían haber sostenido reacciones nucleares naturales en el pasado. Sobre el papel, la posibilidad existía. Faltaba encontrar un lugar donde la Tierra hubiera reunido los ingredientes.

El primero era un combustible distinto del actual. El uranio-235 se desintegra más deprisa que el uranio-238: su periodo de semidesintegración ronda los 704 millones de años, frente a unos 4.500 millones del segundo. Al retroceder en el tiempo, la proporción de uranio-235 aumenta.

Hace unos 2.000 millones de años, esa proporción estaba alrededor del 3 %. Es del mismo orden que la de algunos combustibles enriquecidos utilizados en centrales nucleares. La naturaleza no había enriquecido el uranio: todavía no le había dado tiempo a perder tanto uranio-235.

Pero no bastaba con tener el isótopo adecuado. Hacía falta concentrar bastante uranio en un espacio favorable y evitar que otros materiales absorbieran demasiados neutrones. Un puñado de mineral disperso no se convierte en reactor, igual que unas cuantas brasas separadas no forman una buena hoguera.

La historia geológica de la región permitió reunir esas condiciones. El oxígeno favoreció la movilización del uranio en el agua, y determinados ambientes facilitaron después su acumulación. En zonas ricas en mineral, la concentración y la disposición del depósito hicieron posible alcanzar una reacción autosostenida. Quedaba un ingrediente decisivo: el agua.

Agua para encender, calor para apagar

Cuando un núcleo de uranio-235 se fisiona, libera energía y neutrones. Algunos pueden provocar nuevas fisiones, que liberan más neutrones, y así sucesivamente. Eso es una reacción en cadena. Para que se mantenga, suficientes neutrones deben causar otra fisión antes de escapar o ser absorbidos sin producirla.

Los neutrones recién liberados suelen viajar demasiado deprisa para provocar eficazmente nuevas fisiones en el uranio-235 de aquella mezcla. El agua ayudaba a frenarlos mediante choques, sobre todo con los núcleos de hidrógeno. En lenguaje nuclear, actuaba como moderador. No era un detalle de fontanería: hacía viable la reacción.

El agua subterránea penetraba en el mineral poroso y podía poner en marcha el proceso. La fisión calentaba el entorno. Si ese calor expulsaba suficiente agua o la transformaba en vapor, disminuía la moderación de los neutrones y la actividad caía. Al enfriarse la roca y regresar el agua, podía comenzar otro episodio.

Era una forma de regulación física sin sensores, ordenadores ni operarios. El agua ayudaba a encender el reactor; el calor generado podía retirar esa misma ayuda. Ese mecanismo explica por qué la actividad pudo mantenerse de forma intermitente durante periodos enormemente largos, en lugar de consumir todo el combustible de golpe.

No había una central escondida bajo la selva, con turbinas y cables. Había zonas de roca que generaban calor nuclear. La energía se disipaba en su entorno y el sistema evolucionaba a medida que cambiaban el combustible, el agua y los productos acumulados.

Un reloj hecho de átomos de xenón

¿Cómo reconstruir el ritmo de algo que funcionó hace tanto tiempo? Una pista llegó del xenón, un gas cuyos isótopos pueden formarse a partir de productos de fisión. Algunos de sus precursores radiactivos se transforman con ritmos conocidos. Sus proporciones permiten investigar cuándo y cómo quedó retenido ese gas.

En 2004, Alex Meshik y sus colaboradores publicaron un análisis de xenón conservado en minerales de una zona de reactor de Oklo. Su reconstrucción apuntaba a episodios de actividad de aproximadamente media hora, separados por unas dos horas y media de pausa. Una cadencia inferida de las huellas atómicas, no observada con un cronómetro.

Esas cifras describen el sistema estudiado, no un horario obligatorio para todos los reactores naturales. Pero ofrecen una imagen extraordinariamente concreta: media hora produciendo calor, después una pausa para enfriarse y recuperar agua. Una especie de cafetera geológica, con combustible bastante menos doméstico.

Lo que quedó después del último encendido

Las investigaciones identificaron múltiples zonas de reacción en Oklo y en depósitos próximos, como Okelobondo y Bangombé. El funcionamiento se prolongó durante cientos de miles de años. Finalmente, el consumo de combustible y la evolución del sistema dejaron de permitir una reacción en cadena autosostenida.

Sus restos también permiten estudiar qué ocurre con los productos radiactivos a lo largo del tiempo. Muchos permanecieron retenidos cerca de las zonas donde se formaron; otros se desplazaron. Oklo proporciona así un caso natural para investigar la movilidad de elementos en las rocas, aunque no sustituye el estudio de un almacén de residuos diseñado por humanos.

La paradoja final está en el propio hallazgo. No reconocimos aquellos reactores por una llamarada ni por una máquina enterrada, sino porque faltaban ciertos átomos en una muestra. Una mina africana envió uranio a un laboratorio francés, y el laboratorio recibió, sin saberlo, las cenizas de un fuego anterior a los animales.