Vejrhastigheder for minejorder eksponentielt højere end ikke-minerede steder

Fjernelse af bjergtop, en kulmineteknik brugt i store dele af det centrale Appalachia, er en ekstrem form for overflademining, der udgraver højdedrag så dybe som 600 fod - dobbelt så lang som en fodboldbane - og begraver tilstødende dale og vandløb i grundfjeld og kulrester. Denne minedrift har længe været kendt for at have en negativ indvirkning på vandkvaliteten nedstrøms.

En ny undersøgelse ledet af videnskabsfagforsker Matthew Ross ved Colorado State University fandt ud af, at mange af disse påvirkninger af vandkvaliteten skyldes en dramatisk stigning i de kemiske forvitringshastigheder i udvundne landskaber, som smelter grundfjeldet op til 45 gange hurtigere end ikke-minede områder. Ud over, forvitringen har globale konsekvenser for kredsløbet af svovl, som er et nøglenæringsstof for alle livsformer.

Resultaterne viser, at når mennesker flytter store mængder grundfjeld og jord for at bygge byer eller udvinde ressourcer, de kan fuldstændig ændre og fremskynde de naturlige forvitringsprocesser på landjorden, som kan påvirke vandkvaliteten nedstrøms.

Ross, en adjunkt ved Institut for Økosystemvidenskab og Bæredygtighed, beskrev de kemiske forvitringshastigheder som en af ​​de højeste hastigheder, der nogensinde er observeret, sammenlignet med landskaber over hele kloden.

Studiet, "Pyritoxidation driver exceptionelt høje vejrforhold og geologisk CO ₂ frigivelse i bjergtop-minede landskaber, " blev offentliggjort i tidsskriftet Globale biogeokemiske kredsløb .

Kulcyklus forstyrret

Denne øgede forvitring - ligesom mange minerelaterede påvirkninger - starter, når jernsulfid eller pyrit, et mineral også kendt som dårens guld, der ofte findes i kul, er udsat for luft. Dette skaber svovlsyre, gør vandet, der dræner fra minen, ekstremt surt og ætsende. For at neutralisere syren, i store dele af det centrale Appalachia er den pyritholdige klippe bevidst omgivet af og blandet med karbonatsten.

Selvom dette begrænser syre-minedræningsproblemer, disse syreproducerende og -neutraliserende reaktioner skaber ideelle betingelser for hurtig kemisk forvitring af grundfjeldet, med overraskende implikationer for geologisk kulstofkredsløb i disse landskaber.

I de fleste områder, der oplever kemisk forvitring, kuldioxid opløses i kulsyre, et svagt forvitringsmiddel. Når kulsyre reagerer med silikater eller stendannende mineraler, kuldioxid er permanent fastlåst i grundfjeldet, balancering af kulstofkredsløbet over millioner af år. I uminede landskaber, denne proces giver et langsomt, men uundgåeligt syn for atmosfærisk kuldioxid, eller CO ₂ .

I minelandskaber med rigeligt svovlsyre, vejrligsreaktionerne er ikke længere afhængige af kulsyre, og potentialet for geologisk kulstofbinding fjernes. I stedet, svovlsyren forvitrer syreneutraliserende carbonater, som frigiver kuldioxid til atmosfæren.

Det betyder, at længe efter, at minedriften i disse områder er stoppet, forskere vurderer, at mellem 20 procent og 90 procent af det kulstof, der absorberes af planter på overfladen, vil blive annulleret ved frigivelse af stenkulstof til atmosfæren.

"Fordi denne forvitring sker så hurtigt, og den er drevet af svovlsyre, det skaber et landskab, der er en kilde til kuldioxid, " sagde Ross. "Du opløser hurtigt landskabet og frigiver en masse stenkulstof."

Denne regionale påvirkning har også globale konsekvenser for kredsløbet af svovl, et element, der er vigtigt for alle livsformer. Mens minedrift på bjergtop i Appalachia dækker en lille del, 0,006 procent, af jordarealet på Jorden, de kan bidrage med så meget som 7 procent af den samlede globale levering af svovl fra land til hav.

Denne forskning, finansieret af National Science Foundation, er en del af et igangværende projekt ledet af Ross, som for nylig sluttede sig til fakultetet ved Warner College of Natural Resources.