Bergtop verwijderen, een mijnbouwtechniek die in een groot deel van Centraal-Appalachia wordt gebruikt, is een extreme vorm van dagbouw, die richels uitgraaft zo diep als 600 voet - twee keer de lengte van een voetbalveld - en aangrenzende valleien en beekjes begraaft in gesteente en steenkoolresten. Het is al lang bekend dat deze mijnbouwactiviteit een negatief effect heeft op de waterkwaliteit stroomafwaarts.

Een nieuwe studie onder leiding van waterscheidingswetenschapper Matthew Ross van de Colorado State University ontdekte dat veel van deze effecten op de waterkwaliteit worden veroorzaakt door een dramatische toename van de chemische verwering van mijnlandschappen, die gesteente tot 45 keer sneller wegsmelten dan gebieden zonder mijnen. In aanvulling, de verwering heeft wereldwijde gevolgen voor de kringloop van zwavel, wat een belangrijke voedingsstof is voor alle levensvormen.

De bevindingen tonen aan dat wanneer mensen grote hoeveelheden gesteente en grond verplaatsen om steden te bouwen of hulpbronnen te winnen, ze kunnen de natuurlijke verweringsprocessen op het land volledig veranderen en versnellen, die de waterkwaliteit benedenstrooms kunnen beïnvloeden.

Roos, een assistent-professor bij de afdeling Ecosystem Science and Sustainability, beschreef de chemische verweringssnelheden als een van de hoogste ooit waargenomen, vergeleken met landschappen over de hele wereld.

De studie, "Pyrietoxidatie zorgt voor uitzonderlijk hoge verweringssnelheden en geologische CO ₂ loslaten in berglandschappen met mijnen, " werd gepubliceerd in het tijdschrift Wereldwijde biogeochemische cycli .

Koolstofcyclus verstoord

Deze verhoogde verwering - zoals veel mijngerelateerde effecten - begint wanneer ijzersulfide of pyriet, een mineraal dat ook wel bekend staat als het goud van de dwaas, vaak gevonden in steenkool, wordt blootgesteld aan lucht. Hierdoor ontstaat zwavelzuur, waardoor het water dat uit de mijn stroomt extreem zuur en bijtend is. Om het zuur te neutraliseren, in een groot deel van Centraal-Appalachia is het pyriet-dragende gesteente opzettelijk omgeven door en vermengd met carbonaatgesteenten.

Hoewel dit de drainageproblemen van zuurmijnen beperkt, deze zuurproducerende en -neutraliserende reacties creëren ideale omstandigheden voor snelle chemische verwering van gesteente, met verrassende implicaties voor de geologische koolstofcyclus van deze landschappen.

In de meeste gebieden die onderhevig zijn aan chemische verwering, kooldioxide lost op in koolzuur, een zwak verweringsmiddel. Wanneer koolzuur reageert met silicaten of gesteentevormende mineralen, koolstofdioxide is permanent opgesloten in het gesteente, het balanceren van de koolstofcyclus over miljoenen jaren. In onontgonnen landschappen, dit proces zorgt voor een langzame maar onvermijdelijke afvoer van kooldioxide in de atmosfeer, of CO ₂ .

In ontgonnen landschappen met overvloedig zwavelzuur, de verweringsreacties zijn niet langer afhankelijk van koolzuur, en het potentieel voor geologische koolstofvastlegging wordt geëlimineerd. In plaats daarvan, het zwavelzuur weert zuurneutraliserende carbonaten, die koolstofdioxide in de atmosfeer afgeeft.

Dit betekent dat lang nadat de mijnbouw in deze gebieden is gestopt, onderzoekers schatten dat tussen de 20 en 90 procent van de koolstof die door planten aan het oppervlak wordt geabsorbeerd, zal worden tenietgedaan door het vrijkomen van steenkoolstof in de atmosfeer.

"Omdat deze verwering zo snel gebeurt en wordt aangedreven door zwavelzuur, het creëert een landschap dat een bron is voor koolstofdioxide, "Zei Ross. "Je lost snel het landschap op en laat een hoop steenkoolstof vrij."

Deze regionale impact heeft ook wereldwijde gevolgen voor de kringloop van zwavel, een element dat belangrijk is voor alle levensvormen. Terwijl mijnbouwactiviteiten op bergtop in de Appalachen een klein deel beslaan, .006 procent, van het landoppervlak op aarde, ze kunnen tot 7 procent bijdragen aan de totale wereldwijde levering van zwavel van land naar oceaan.

Dit onderzoek, gefinancierd door de National Science Foundation, maakt deel uit van een lopend project onder leiding van Ross, die onlangs toetrad tot de faculteit van het Warner College of Natural Resources.