thumb|Uraanimalmi on kertynyt maankuoreen vuosimiljoonien saatossa erilaisten geologisten prosessien tuloksena.
Uraanin esiintyminen maankuoressa on seurausta geologisista prosesseista, jotka ovat rikastaneet uraanin suhteellista osuutta maapallon pintakerroksissa. Maankuoressa uraani on edelleen rikastunut lukuisten prosessien kautta erilaisiksi esiintymiksi. Koska uraaniesiintymiä muodostuu monia eri väyliä, on uraani tyypillinen log-normaalisti maankuoreen jakautunut metalliDeffeyes, K., MacGregor, I.: World Uranium resources Scientific American, Vol 242, No 1, January 1980, s. 66–76.. Nykyisin uraani on merkittävä energianlähde, joten sen saatavuudella ydinpolttoaineeksi on huomattavaa taloudellista merkitystä.
Tunnetut taloudelliset uraanivarannot ovat NEA:n ja IAEA:n tekemän inventaarin mukaan noin 4,7 miljoonaa tonnia, joka riittää nykykulutuksella noin 85 vuodeksiNEA, IAEA: Uranium 2005 – Resources, Production and Demand. OECD Publishing, 2.6.2006, .. Tämän lisäksi tulevat kuitenkin maankuoren toistaiseksi löytämättömät uraaniesiintymät, joissa arvioidaan olevan hyödyntämiskelpoista uraania vielä moninkertainen määrä Herring, J.: Uranium and thorium resource assessment, Encyclopedia of Energy, Boston University, Boston, USA, 2004, .R. Price, J.R. Blaise: Nuclear fuel resources: Enough to last?. NEA News 2002 – No. 20.2, Issy-les-Moulineaux, Ranska.Gordelier, S.: Bridging the Generation Gap. IEA OPEN Bulletin, IEA, 2007.Äikäs, O.: Red Book 2005 – Tiivistelmän referaatti ja muita huomioita, Materia 3/2006, Vuorimiesyhdistys.. Uraania on maapallolla myös merivedessä kaikkiaan noin viisi miljardia tonnia. Yhdysvaltojen energiaministeriön tutkijat ovat malmikartoituksien perusteella todenneet, että ”uraanin saatavuus ei ole ydinvoiman kehitystä rajoittava tekijä” ja IAEA:n ydinenergiaosaston johtajan Juri Sokolovin sekä NEA:n pääjohtajan Luis Echávarrin yhteisen kannan mukaan uraania riittää tarpeeksi näköpiirissä olevaan tulevaisuuteenSokolov, Y.; Echávarri, L.: Uranium Resources: Plenty to Sustain Growth of Nuclear Power. NEA, Pariisi, 2006..
Uraanin alkuperä thumb|Aurinkokunta syntyi, kun tähtienvälinen aines kertyi painovoiman vaikutuksesta auringoksi ja sitä kiertäviksi planeetoiksi. Maapallon uraanivarat ovat peräisin aurinkokunnan syntyajoilta siitä tähtienvälisestä aineksesta, josta aurinko ja planeetat ovat tiivistyneet. Tässä aineksessa arvioidaan syntyprosessia kuvaavien teoreettisten mallien pohjalta olleen painossa mitattuna noin 41 miljardisosaa uraania (wppb)Urey H.: The Abundances of the Elements. Physical Review 88, pp. 248-252, lokakuu 1952. ja astrofysikaalisten havaintojen pohjalta noin 57 wppbAlpher, A., Herman, R.: Theory of the Origin and Relative Abundance Distribution of the Elements. Review of Modern Physics 22, s. 153–212, huhtikuu 1950., todellisen arvon ollessa siis todennäköisesti jossain 50 wppb:n tienoilla. Ottaen huomioon uraanin radioaktiivisen hajoamisen, maapallolla kokonaisuudessaan nykyisin lienee 10 wppb uraania. Toisin sanoen maapallolla on kaikkiaan noin 63 biljoonaa tonnia uraania.
Vaikka uraanin kokonaismäärä onkin valtaisa, jos se jakaantuisi tasan maapallon materiassa, ei sen taloudellinen hyödyntäminen olisi mahdollista. Kannattava uraanikaivostoiminta ei onnistuisi ilman uraanin geologisten prosessien kautta tapahtunutta rikastumista tiettyihin kivilajeihin. Jos maapallon kasautuminen olisi tapahtunut kylmässä, ilman kiviaineksen sulamista, näin saattaisi ollakin.
Maapallon sisäosien korkea lämpötila johtuu osittain siellä olevan uraanin hajoamisesta. Sen vuoksi maapallon aines on pääosin sulaa. Maan radioaktiiviset aineet yhdessä painovoiman puristusvaikutuksen kanssa kuumentavat planeetan sisukset niin, että mineraalit sulavat nesteeksi. Syntyhistoriansa alkuvaiheessa maapallon arvioidaan fysikaalisten mallien ja geologisen aineiston perusteella olleen kokonaan sula.
Suuren ionikokonsa ja radioaktiivisen lämmönkehityksen johdosta uraani hakeutuu sulassa aineksessa matalan sulamislämpötilan jakeeseen ja sitä myöten maan vaippaan ja kuoreen. Aikojen kuluessa magman kierto on rikastanut maankuoren uraanipitoisuuden huomattavan korkeaksi. Geologisten mallien pohjalta arvioidaan, että peräti kaksi kolmannesta maapallon 63 biljoonan tonnin uraanivarannosta on kertynyt maankuoreen, jossa on ainoastaan 0,4 % maapallon kokonaismassasta. Magmakivien vertaaminen rautameteoriitteihin, joissa on säilynyt varhaisen aurinkokunnan kemiallinen koostumus, osoittaa arvion vähintään oikean suuntaiseksi.
Uraani maankuoressa
Uraania on sen fysikaalisten ominaisuuksien ja geologisten prosessien seurauksena kertynyt maankuoreen erittäin korkeita pitoisuuksia verrattuna sen yleiseen esiintymiseen. Keskimäärin uraania on maankuoressa noin 4 miljoonasosaa, joten se on varsin yleinen metalli – suurin piirtein yhtä yleinen kuin tina ja satoja kertoja yleisempi kuin harvinaiset metallit kuten kultaUS Geological Survey: Rare Earth Elements — Critical Resources for High Technology. Reston, VA, USA, 2002.. Uraani myös säilyy muuttumattomana halki geologisten prosessien, toisin kuin fossiiliset polttoaineet, jotka saattavat palaa tai haihtua ilmakehään vuosimiljoonien kuluessa. Pois lukien uraanin hitaan radioaktiivisen hajoamisen, kaiken maapallon syntyhetkellä olleen uraanin pitäisi siis edelleen olla planeetalla.
Alkuaineiden geologisessa jakautumisessa ratkaisevaa on minkälaiset ja ennen kaikkea kuinka monet erilaiset prosessit rikastavat ja köyhdyttävät mineraaleja kyseisen alkuaineen suhteen. Alkuaineet, jotka kertyvät esiintymiksi vain pienellä määrällä geologisia prosesseja voidaan odottaa jakautuvan multimodaalisesti, kun taas aineet, joita rikastavat lukuisat erilaiset prosessit rikastavat jakautuvat lognormaalisti. Kuvallisesti esitettynä multimodaalisessa jakaumassa on nähtävissä useita piikkejä, joista kukin vastaa yhtä kyseistä alkuainetta rikastaneista geologisista prosesseista. Jos kutakin prosessia tarkasteltaisiin erikseen, olisi näkyvissä luonnollisesti vain yksi piikki, joka kuvastaisi sitä pitoisuutta, johon kyseisellä prosessilla on taipumus alkuainetta kasata. Kun ne summataan, saadaan ”monipiikkinen” eli multimodaalinen jakauma.
Kun rikastavia geologisia prosesseja on tarpeeksi, yksittäiset piikit alkavat erottua entistä heikommin toisista ja käyrä tasoittuu. Lognormaalisti jakautuvan alkuaineen kohdalla rikastavia prosesseja on niin monia, että kutakin prosessia kuvaavat piikit menevät päällekkäin ja summautuvat jakaumaksi, jossa yksittäiset piikit eivät enää erotu multimodaalisesti. Jakauman huippu asettuu sellaiseen pitoisuuteen, jossa rikastavien prosessien määrä on suurin.
thumb|Geologiset prosessit kasaavat vaihtelevia pitoisuuksia alkuaineita eri kivilajeihin. Kuvissa on esitetty jotain tiettyä alkuainetta eri pitoisuuksia sisältävien kivilajien kokonaisvaranto maankuoressa (tonnia, t) pitoisuuden (grammaa/tonni, g/t) funktiona. Tämän kuvan lognormaali jakauma on tyypillinen alkuaineille, jotka kertyvät malmeiksi useiden erilaisten geologisten prosessien kautta. Tällainen alkuaine on mm. uraani.
thumb|Multimodaalinen jakauma on tyypillinen alkuaineille, jotka kertyvät esiintymiksi vain harvojen geologisten prosessien kautta. Kukin prosessi erottuu jakaumassa huippuna. Esimerkiksi kromi esiintyy kaksihuippuisen bimodaalisen jakauman mukaisesti kallioperässä: yksi huippu johtuu kromille tyypillisestä kertymisestä mafisen magman kiteytymiin, toinen on yksinkertaisesti kromin keskimääräinen pitoisuus maankuoressa.
Urani on tyypillinen lognormaalisti jakautuva alkuaine, sillä uraania rikastavia prosesseja ja erilaisia esiintymätyyppejä tunnetaan varsin runsaasti. Jakauman huippu osuu huomattavasti rikkaampiin esiintymiin kuin mitä maankuoren keskimääräinen uraanipitoisuus on. Malminetsinnän kannalta uraani on siis otollinen metalli, koska uraanin fysikaaliset ominaisuudet kasaavat siitä luonnostaan hyvin monipuolisiksi rikkaiksi esiintymiksi.
Magmakiviprosessi maankuoren rikastajana thumb|Magmakiviprosessissa kiviaines kiertää merten hautavajoamista pitkin vuosimiljoonia kohti subduktiovyöhykettä. Hautavajoamien nuori magmakivi on uraanin suhteen köyhää, kun taas vanhat subduktiovyöhykkeen kivet sisältävät runsaasti uraania.
Uraanin kertyminen maankuoreen saa alkunsa magman kierrosta, joka rikastaa uraanin pitoisuutta maapallon pintakerroksissa. Nuori, vasta jähmettynyt kiviaines on suhteellisen köyhää uraanin suhteen, vanhoissa magmakivissä uraanin pitoisuus on huomattavasti korkeampi. Tämä johtuu siitä, että suuri ionikoko saa uraanin hakeutumaan osittain sulaan ainekseen ja kohoamaan vaipassa maankuoreen muiden suurten ionien kuten natriumin kanssa. Toisaalta uraanin radioaktiivisuus toimii lämmönlähteenä, joka muiden lämpöä tuottavien aineiden tapaan saa uraanin kulkeutumaan vaipasta kohti pintaa ja tunkeutumaan maankuoreen.
Uraanin taipumus kohota sulassa kiviaineksessa pintaan on maapallon geologiaa merkittävästi määrittävä tekijä. Jos uraani ja muut raskaat radioaktiiviset aineet hakeutuisivat maapallon ytimeen, olisivat magmavirtaukset huomattavasti voimakkaampia, mikä näkyisi vallitsevia oloja selvästi epävakaampana tektoniikkana. On kyseenalaista voisiko niin suurten geologisten voimien repimällä maapallolla esiintyä nestemäistä vettä ja siten elämää.
Subduktiovyöhykkeillä, joissa mannerlaatan kiviaines painuu alemmas ja sulaa, kivinäytteet sisältävät tyypillisesti painossa mitattuna noin 2 miljoonasosaa (wppm) uraania. Merten hautavajoamissa puolestaan, jossa magmasta muodostuu uutta kalliota, kivinäytteet sisältävät tavallisesti noin 0,1 wppm uraania. Tämä on seurausta kivien erilaisesta geologisesta historiasta: vanhaan, maankuoressa pitkään olleeseen kiveen, joka subduktiovyöhykkeillä sulaa uudestaan, on ehtinyt kertyä edellä kuvatun kulkeutumisprosessin seurauksena runsaasti uraania. Vasta syntyvään kiveen uraania sitä vastoin ei ole vielä ehtinyt kertyä. Jatkuvasti toistuvana tämä kiertoprosessi on rikastanut maankuoren uraanipitoisuuden sen nykyiselle korkealle tasolle.
thumb|Elliot Laken pyriitti sisältää suuria määriä uraania, mutta myös titaania, toriumia, kalsiumia ja rautaa. Uraani on varsin tavallinen sivutuote monissa muita metalleja tuottavissa kaivoksissa. thumb|Oklon luonnon ydinreaktorit (1) ovat saaneet alkunsa kun hiekkakivessä (2) on pohjaveden mukana muodostunut erittäin rikas uraanimalmikerros (3) graniitin (4) päälle. Reaktoreiden synnyttämät "ydinjätteet" ovat nykyisin suuren kiinnostuksen kohteena, sillä ne ovat pysyneet aloillaan jo vuosimiljoonien ajan.
Uraaniesiintymien muodostuminen
Jotkin uraaniesiintymät ovat suoraa seurausta magmakiviprosessin aikaansaamasta rikastumisesta. Tällaisia esiintymiä hyödyntävät muun muassa Joachimsthalin kaivokset Tšekissä ja Ison Karhujärven Kanadassa. Pääasiassa magmakiviprosessi yksin ei kuitenkaan riitä rikastamaan uraanin pitoisuutta tarpeeksi korkeaksi, jotta syntyisi nykykaivostoiminnalle kannattavia malmeja.
Useimmat uraaniesiintymiä muodostavat geologiset prosessit liittyvät uraanin taipumukseen olla voimakkaasti liukenevaa hapettavissa ympäristöissä ja erittäin liukenematonta pelkistävissä ympäristöissä. Maapallon ilmakehän happipitoisuus kasvoi huomattavasti noin 1,8 miljardia vuotta sitten muuttaen sen pelkistävästä hapettavaksi. Sen seurauksena viimeiset 1,8 miljardia vuotta merkittävin uraania maankuoressa liikuttava ilmiö on ollut pinnan läheisyydessä olevan happipitoisen pohjaveden liikkeet. 1,8 miljardia vuotta sitten ja sitä ennen vesistöt eivät juuri liikuttaneet uraania. Jotkin hyvin vanhat kivilajit sisältävät edelleen huomattavia vanhoja, hapettavan veden liikkeiltä säästyneitä uraaniesiintymiä. Tällaisia ovat esimerkiksi Elliot Laken esiintymä Kanadassa ja Witwatersrand Etelä-Afrikassa.