Mijnbouw omvat het verplaatsen van veel stenen, dus er wordt wat rommel verwacht. Echter, mijnbouwactiviteiten kunnen ecosystemen blijven aantasten lang nadat de activiteit is beëindigd. Zware metalen en bijtende stoffen logen uit in het milieu, voorkomen dat dieren en planten terugkeren naar het gebied.

Gelukkig, deze schade kan worden teruggedraaid. Een team van wetenschappers, waaronder Dave Herbst van UC Santa Barbara, onderzocht hoe rivierecosystemen reageren op herstelinspanningen. Het team combineerde tientallen jaren aan gegevens van vier stroomgebieden die vervuild waren door verlaten mijnen. Er was creatief denken voor nodig om de complexe dynamiek van bijna een dozijn gifstoffen op de talloze soorten in elke rivier te vereenvoudigen.

uiteindelijk, de slimme methodologie van het team toonde aan dat restauratie enkele van de grootste problemen van mijnverontreiniging kan verbeteren. Hun bevindingen, gepubliceerd in het tijdschrift Zoetwaterwetenschap , onthulde strategieën die goed werkten als herstelpatronen over de vier waterwegen. De resultaten suggereren ook dat de regelgeving alle verontreinigingen samen moet beschouwen, in plaats van op individuele basis normen vast te stellen.

"Er is een groot probleem dat we hebben met verouderde mijnsites, niet alleen in de VS, maar wereldwijd, " zei Herbst, een onderzoeksbioloog aan het Sierra Nevada Aquatic Research Laboratory (SNARL) van de universiteit in Mammoth Lakes. "Ze zijn wijdverbreid, aanhoudende en langdurige problemen. Maar het goede nieuws is dat, met de investering en inspanning van programma's zoals CERCLA Superfund, we kunnen die problemen oplossen."

Herbst's werk concentreerde zich op Leviathan Creek, een Sierranstroom 25 mijl ten zuidoosten van Lake Tahoe, de locatie van een restauratie-inspanning in het kader van CERCLA (de Comprehensive Environmental Response, Een vergoeding, en Aansprakelijkheidswet), ook wel bekend als Superfund. Het gebied werd niet gedolven voor edele metalen, maar om zwavel te extraheren voor het maken van zwavelzuur om mineralen van andere locaties te verwerken. De aanwezigheid van zwavelhoudende mineralen gemaakt voor water dat van nature een beetje zuur was, maar dagbouw stelde deze mineralen bloot aan de elementen. Het resultaat was een sterker zuur dat sporenmetalen zoals aluminium uitloogde, kobalt en ijzer uit het gesteente in het milieu. De gecombineerde effecten van verhoogde zuurgraad en giftige metalen verwoestten het lokale aquatische ecosysteem.

Normen uitzoeken

Elke mijnsite produceert een unieke mix van verontreinigende stoffen. Bovendien, verschillende rivieren herbergen verschillende soorten ongewervelde waterdieren, met honderden verschillende soorten in elke stroom, zei Herbst. Deze variabiliteit maakte vergelijkingen een uitdaging.

Dus gingen de onderzoekers aan de slag met het opstellen van normen en benchmarks. Ze besloten het effect van vervuiling en sanering op eendagsvliegen te volgen, steenvliegen en kokerjuffers. Deze groepen zijn van cruciaal belang voor het aquatische voedselweb en vertonen een verscheidenheid aan toleranties voor verschillende toxines. In plaats van nauw verwante soorten te vergelijken, de wetenschappers groepeerden dieren met gedeelde kenmerken, zoals fysieke eigenschappen en levensgeschiedenissen.

Vervolgens moest het team alle verontreinigende stoffen begrijpen. Ze realiseerden zich al snel dat het niet genoeg zou zijn om de toxiciteit van individuele metalen afzonderlijk te volgen, zoals vaak in het lab wordt gedaan. Het is de gecombineerde impact die het ecosysteem daadwerkelijk beïnvloedt. Verder, wetenschappers meten de toxiciteit vaak op basis van een dodelijke dosering. En toch kan vervuiling de ecologie verwoesten bij veel lagere concentraties, Herbst uitgelegd. chronische effecten, zoals verminderde groei en reproductie, kan soorten in de loop van de tijd uit een gebied elimineren zonder daadwerkelijk individuen te doden.

Gezien de verscheidenheid aan toxines, de onderzoekers kozen voor een andere standaard voor toxiciteit:de criteriumeenheid. Ze definieerden 1 criteriumeenheid (CU) als de concentratie van een toxine die nadelige effecten had op de groei en reproductie van testorganismen. Hoewel de verscheidenheid aan reacties de CU een benadering maakt, het bleek een verrassend robuuste statistiek te zijn.

De concentratie in 1 CU varieert van stof tot stof. Bijvoorbeeld, de onderzoekers gebruikten een waarde van 7,1 microgram kobalt per liter water als toxische drempel voor het waterleven. Dus, 7,1 g/L is gelijk aan 1 CU kobalt. In de tussentijd, 150 μg/L arseen weerhield ongewervelde dieren van hun beste leven, dus 150 g/L werd ingesteld als 1 CU arseen.

Deze aanpak stelde de wetenschappers in staat om de effecten van totaal verschillende toxines te vergelijken en te combineren, het verschaffen van een validatie van hoe totale toxiciteit zou worden verwacht in de natuur. Dus, 7,1 g/L kobalt alleen, of 150 g/L arseen alleen, of zelfs een combinatie van 3,55 g/L kobalt plus 75 μg/L arseen produceren allemaal een cumulatieve criteria-eenheid (CCU) van 1, die soortgelijke problemen voor in het water levende beestjes spelt, maar het wordt bereikt.

Dit gecombineerde effect bleek van cruciaal belang voor het begrijpen van de real-world implicaties van mijnbouwvervuiling, omdat dieren worden blootgesteld aan veel gifstoffen tegelijk. "Je moet deze metalen samen bekijken, niet individueel, bij het evalueren van de toxiciteitsdrempel in een veldomgeving, ' zei Herbs.

Dus ondanks de verscheidenheid aan metalen op verschillende locaties, door toxiciteit uit te drukken in cumulatieve criteria-eenheden, de wetenschappers konden vergelijken over rivieren. Wanneer de totale toxiciteit hoger is dan 1 CCU, ongewervelde diversiteit ontrafelt.

Hun inspanningen beoordelen

Het team had nu hun onderwerpen (ongewervelde waterdieren) en een eenvoudige manier om vervuiling te meten (de eenheid voor cumulatieve criteria). Ze hadden ook meer dan 20 jaar veldgegevens van vier stroomgebieden waar Superfund-opruimingen aan de gang zijn. Ze gebruikten niet-verontreinigde stromen in de buurt van elke rivier als basis om te beoordelen hoe goed het herstel vorderde.

De auteurs ontdekten dat deze projecten in staat waren om rivieren in 10 tot 15 jaar te herstellen tot bijna natuurlijke omstandigheden. Het was een geweldige verrassing. "Ongeacht het feit dat er verschillende mijnbouwverontreinigende stoffen waren, verschillende manieren om het probleem op te lossen en verschillende stroomgroottes, alle projecten hebben tot succesvolle resultaten geleid, ' zei Herbs.

Een groot deel van het herstel vond plaats in de eerste paar jaar van de behandeling, hij voegde toe. Omdat de omstandigheden in het begin het slechtst zijn, zelfs een kleine inspanning zal een groot verschil maken.

"Het andere verrassende deel was de mate van gemeenschappelijkheid in de reacties ondanks verschillende verontreinigingen en saneringspraktijken, "Zei Herbst. De snelheid van herstel, volgorde waarin soorten terugkeerden (op basis van gedeelde kenmerken), en zelfs het lange termijn tijdsbestek was vergelijkbaar in alle vier de rivieren. Deze veelbelovende resultaten en gedeelde paden suggereren dat zelfs ontmoedigende milieuproblemen kunnen worden opgelost met de juiste inspanningen en investeringen.

Lessons and loose ends

Remediation at the four sites in California, Colorado, Idaho and Montana is ongoing. Many interventions, like treating acidic water with lime, require continuous attention. Echter, efforts like replacing contaminated soil, setting up microbial bioreactors and revegetating excavated and riparian areas will hopefully make remediation self-sustaining.

And a self-sustaining solution is the goal, because these sites can become inaccessible at certain times of year, leading to variable levels of pollution. Bijvoorbeeld, snow prevents access to the Leviathan mine in winter, so remediation can occur only between spring and fall. The spring snowmelt also dissolves more metals, creating worse conditions than during drier times at the beginning of autumn.

Herbst plans to revisit the seasonal aspects of remediation in future research. As for now, he thinks that other abandoned mines should implement remediation and monitoring practices to evaluate the success of restoration.

These exciting discoveries would have been impossible without long-term monitoring at the four locations. "You seldom get monitoring studies of restoration projects that last more than a couple of years, " Herbst said, "which is really a shame because most of them don't show any kind of response over that short a period of time."

And the only reason Herbst and his colleagues had these datasets was because they invested the time and resources themselves. "A lot of it is due to the dedication of individual researchers to these projects, " he said. "There are other players that come and go along the way, but as long as there's some dedicated researcher collecting this data then it will be there in the future for us to base decisions on."

Aside from the importance of long-term monitoring, the message Herbst hopes the EPA and industry embrace is that we can't apply water quality standards for toxic metals individually. "We must be applying them collectively according to how they're acting together, " hij zei.

Even if individual contaminants are under the required limits, their combined effect could be well over what wildlife can handle. The concept of cumulative criteria units provides a really simple way to account for this:If eight toxins in a stream are all at half of their CU value, they still add up to 4 CCUs.

Bottom line:There is reason to celebrate. "We're able to demonstrate through this research that these programs can be successful even for the biggest of problems, " Herbst said, "which is exactly what Superfund projects are intended to fix."