Door gebruik te maken van haar expertise op het gebied van waterkwaliteit, De Appalachian Watershed Research Group (AWRG) van de Ohio University beoordeelt gegevens die zijn verzameld van regionale mijnbouwactiviteiten in een eerste studie in zijn soort, om beter te voorspellen hoe grondwaterstanden zullen reageren op mijnbouw.

De onderzoeksgroep, een multidisciplinair team van niet-gegradueerde en afgestudeerde studenten, personeel, en docenten van over de hele campus van Athene, hebben een team van Geologische Wetenschappen en de Voinovich School of Leadership and Public Affairs' Environmental Studies-programma samengesteld voor de voltooiing van dit project. Het doel is om een ​​geospatiale tool te creëren om potentieel negatieve milieueffecten van mijnbouwactiviteiten in de toekomst te modelleren.

Met financiering van het federale Office of Surface Mining, het team van de Ohio University graaft door uitgebreide datasets, compileren, analyseren en modelleren van zowel geologische als hydrogeologische informatie die de afgelopen 40 jaar door mijnbouwbedrijven en regelgevende instanties in Ohio is verzameld.

Wat staat er aan de oppervlakte:een geschiedenis van mijnen

De staat Ohio heeft een lange traditie van het winnen van hulpbronnen - en het land laat het zien.

Kaarten van geografische informatiesystemen (GIS) die zijn gemaakt op basis van databases van overheidsinstanties, waaronder de Ohio Department of Natural Resources (ODNR) Divisies van Mineral Resource Management en Water Resources, evenals de Ohio Geological Survey, onthullen het meest rechtse deel van de staat dat bezaaid is met putten en boorgaten, naast een reeks oppervlaktemijnen en andere activiteiten in de olie- en gasindustrie.

De rijke mijnerfenis van Ohio heeft al lang gevolgen voor de omgeving, het meest zichtbaar als oranjerode rivieren via een chemische reactie die zure mijnafvoer wordt genoemd. Het is een probleem dat het zuidoosten van Ohio al meer dan 100 jaar teistert.

Gevonden in Appalachia, zure mijnafvoer vindt plaats wanneer pyriet, een mineraal in steenkool, wordt blootgesteld aan zowel water als zuurstof. De reactie vindt vaak zijn oorsprong in ondergrondse poelen die zich vormen in kolenmijnen, die vervolgens kunnen overstromen en in de externe omgeving kunnen lozen. Deze lozing kan een nadelige invloed hebben op de biologie of chemie - of beide - van omliggende waterlopen, waardoor het oppervlaktewater van de regio wordt beïnvloed.

Regelgevers en mijnbouwbedrijven hebben momenteel geen nauwkeurige, op technologie gebaseerd mechanisme voor het beoordelen van de waarschijnlijkheid van de vorming van deze mijnpools. Het terugwinnen en herstellen van de gevolgen van de ontwatering van zuurmijnen kan federale en deelstaatregeringen elk jaar miljoenen dollars kosten.

"We streven ernaar om de voorspellingen van de waterstanden na de mijnbouw te verbeteren om vervuilende lozingen in de eerste plaats te voorkomen, "Voinovich School Associate Professor Dr. Natalie Kruse, een van de projectteamleiders, zei.

Multidisciplinair cohort onderzoekt de drainage van zuurmijnen in de regio

Rebecca Steinberg, een student GIS-technicus op het mijnpoolproject, voltooide haar eerste opleidingsronde aan de Ohio University met een undergraduate geologie major en een GIS-certificaat.

"Ik was het kind met de willekeurige verzameling stenen, " zei Steinberg. Een inwoner van Athene, ze besloot geologie te gaan studeren vanwege de basis als de structuur van de rest van de omgeving.

Nu een eerstejaars Master of Environmental Studies (MSES) kandidaat aan de Voinovich School van Ohio University, De multidisciplinaire opleiding van Steinberg is exemplarisch voor de uiteenlopende ervaringen van het mijnpoolteam met problemen met de afvoer van zuurmijnen.

"Ik sta aan de GIS-kant van het project, maar ik ken de geologie, ', aldus Steinberg.

Zij en haar MSES-collega Zachary Matthews werken specifiek aan het beheer van de grote hoeveelheden gegevens die zijn verzameld voor de uiteindelijke kaartgebaseerde tool van het team. Matthews studeerde archeologie in undergraduate, ook aan de Universiteit van Ohio, waar hij de omliggende regio verkende in OHIO's Archeology Field School.

"Ik vond het gewoon heel leuk om buiten te zijn - elke dag was best spannend, niet wetende wat je zou vinden, " Matthews zei over zijn passie voor veldwerk in de buitenlucht.

Na anderhalf jaar door het land te hebben gereisd voor contractwerk, Matthews besloot terug te keren naar zijn alma mater en een GIS-certificaat te halen. Hij schreef zich in als MSES-kandidaat en trad in het najaar van 2017 toe tot het mijnpoolproject.

Aan de analysekant van het maken van mijngereedschap staan ​​Lindsey Shafer en Frederick Twumasi, twee afgestudeerde studenten Geologische Wetenschappen onder leiding van Dr. Dina Lopez.

Schafer's begrip van de drainage van zuurmijnen begon tijdens haar undergraduate cursussen als scheikunde major aan de Ohio University. Ze begon te werken met Dr. Lopez, een faculteitslid van de Appalachian Watershed Research Group, tijdens haar afronding van een minor geologie. Na het behalen van haar bachelordiploma in het voorjaar van 2016, Schafer schreef zich in de herfst in voor het programma Geologische Wetenschappen.

"Met mijn scheikundeachtergrond, Ik raakte opgewonden omdat ik de chemische reacties begreep die gaande waren in de afvoer van zuurmijnen, " zei Schafer. "Toen ik begon te werken met Dina als afgestudeerde student, Ik vertelde haar dat ik aan een AMD-project wilde werken."

Schafer's Geologische Wetenschappen collega over het oppervlaktemijn-poolproject, Frederik Twumasi, kwam naar Ohio University na het behalen van twee graden aan de Universiteit van Ghana:een bachelor in geologie en een master in minerale exploratie. Twumasi's onderzoekswerk in goudmijnen bracht hem ertoe andere milieukwesties te onderzoeken, inclusief zuurmijnafvoer, meer in het algemeen bij op winning gebaseerde activiteiten.

"Ik hou van scheikunde, Ik hou van geologie - de combinatie van de twee maakt me wie ik ben, ' zei Twumasi. 'Dus ik vroeg mezelf af, 'Hoe kan ik dat relateren aan de omgeving?' Ik echt, Ik wilde echt milieugeochemie doen, omdat ik vind dat het milieu alles is wat we hebben en de bescherming en het beheer ervan het doel van iedereen zou moeten zijn."

Samen organiseren Steinberg en Matthews enorme hoeveelheden gegevens - door honderdduizenden pagina's met mijnbouwvergunningen en rapporten verzameld door ODNR - te kammen en deze in een online database in te voeren. Hier, het MSES-duo zoekt naar 'bruikbare' datapunten - put- en boorgatcoördinaten, statische waterstanden, en totale diepte van putten - voor de latere analyse- en modelleringsaspecten van de creatie van de monitoringtool van het project.

Naast het invoeren en verwerken van gegevens, Steinberg was ook de belangrijkste persoon voor het projecteren van gegevens in bestanden voor GIS ArcMap - uiteindelijk de manier waarop de op GIS gebaseerde mijnpoolmonitoringtool zal worden gebouwd als het eindproduct van het team.

Kwaliteitsborging is ook een belangrijke taak voor de afronding van het project. Het datamanagementteam vergelijkt de ingevoerde gegevens nauwgezet met de originele ODNR-vergunningen, controleren op foutenpatronen en hun spreadsheets dienovereenkomstig corrigeren.

"Dit proces is bedoeld om de consistentie en correctheid van al onze ingevoerde gegevens te garanderen, ' zei Matthijs.

Het team Geologische Wetenschappen is de volgende in de commandostructuur, waarbij Schafer statistische analyses met meerdere variabelen uitvoerde op de morfologische en geologische gegevens die uit deze extreem lange datasets werden gewonnen.

Een van de uitdagingen bij het uitpakken van deze gegevens, Schafer zei, bepaalt de exacte hoogte en aquifer rotslagen geïdentificeerd in de omliggende regio, met minimale geografische informatie over de putten op basis van jaren oude vergunningen.

"In Ohio, soms zijn ze erg moeilijk te identificeren omdat de lagen erg dun zijn, dus het is moeilijk om te bepalen waar die onderscheidende lagen zijn, ’ zei Schäfer.

Begrijpen waar de waterbronnen elkaar kruisen met verschillende lagen gesteente tussen verschillende watervoerende lagen, kan helpen om verontreiniging van het drinkwater door bijvoorbeeld de afvoer van zure mijnen te voorkomen.

Potentieel voor impact:een oud probleem, een nieuwe oplossing

Het uiteindelijke doel van het project, met begeleiding van de senior technologische expertise van de Appalachian Watershed Research Group, is het creëren van een op GIS gebaseerd voorspellingsinstrument om toekomstige milieuverstoringen - en economische kosten - door de gevolgen van de ontwatering van zuurmijnen te voorkomen.

"Zure mijnafvoer is een erg duur ontginningsprobleem in Ohio. In plaats van al dit geld uit te geven om het te repareren nadat de mijn al is geëxploiteerd, het zou voordeliger zijn om te proberen de milieu-impact van de mijnen te verminderen voordat ze naar binnen gaan en beginnen met mijnbouw, ’ zei Schäfer.

Begin december 2017, het team van de onderzoeksgroep gaf een voorbeeld van hun voorlopige onderzoeksresultaten aan vertegenwoordigers van de Ohio-agentschappen en mijnbouwindustrieën waarvan de projectgroep de afgelopen 6 maanden de gegevens heeft gebruikt.

"Het was interactiever, "Twumasi zei, reflecteren op de bijeenkomst. "We vertelden ze wat we vonden, ze vertelden ons ook wat ze echt van ons verwachten, en aan het eind van de dag waren ze zo blij met de vooruitgang die we hebben geboekt."

Terwijl het team zich voorbereidt om door te gaan naar de tool-creatie kant van het project, de vier studenten worden gemotiveerd door de mogelijkheid om invloed uit te oefenen op een milieuvraagstuk van regionaal belang.

"Ik heb altijd geworsteld met het idee van 'Waarom doet het onderzoek ertoe?'", zei Steinberg. "Als je aan milieustudies begint, er zijn zoveel andere aspecten; er is een echte reden dat we de dingen die we doen bestuderen."