Снятие вершины горы, метод добычи угля, используемый в большей части Центральных Аппалачей, представляет собой экстремальную форму открытой добычи, при которой выкапываются хребты глубиной до 600 футов - вдвое больше длины футбольного поля - и закапываются прилегающие долины и потоки в коренных породах и угольных остатках. Давно известно, что эта добыча полезных ископаемых оказывает негативное воздействие на качество воды ниже по течению.
Новое исследование, проведенное под руководством ученого Мэтью Росса из Университета штата Колорадо, показало, что многие из этих последствий для качества воды вызваны резким увеличением скорости химического выветривания заминированных ландшафтов, которое приводит к таянию коренных пород до 45 раз. быстрее, чем незаминированные районы. Кроме того, выветривание имеет глобальные последствия для круговорота серы, которая является ключевым питательным веществом для всех форм жизни.
Выводы показывают, что, когда люди перемещают большие количества коренных пород и почвы для строительства городов или добычи ресурсов, они могут полностью изменить и ускорить естественные процессы выветривания на суше, что может повлиять на качество воды ниже по течению.
Росс, доцент кафедры экосистемных наук и устойчивого развития, описал скорость химического выветривания как одну из самых высоких из когда-либо наблюдаемых по сравнению с ландшафтами по всему миру.
Исследование «Окисление пирита приводит к исключительно высокой скорости выветривания и геологическому выбросу CO2 в ландшафтах, добываемых на вершинах гор», было опубликовано в журнале Global Biogeochemical Cycles.
Углеродный цикл нарушен
Это усиленное выветривание, как и многие воздействия, связанные с шахтами, начинается, когда сульфид железа или пирит, минерал, также известный как золото дураков, часто встречающийся в угле, подвергается воздействию воздуха. Это создает серную кислоту, делая воду, стекающую из шахты, чрезвычайно кислой и едкой. Чтобы нейтрализовать кислоту, на большей части территории Центральных Аппалачей пиритсодержащие породы намеренно окружены карбонатными породами и смешаны с ними.
Хотя это ограничивает проблемы кислотного дренажа шахт, эти кислотообразующие и нейтрализующие реакции создают идеальные условия для быстрого химического выветривания коренных пород с неожиданными последствиями для геологического круговорота углерода в этих ландшафтах.
В большинстве районов, подверженных химическому выветриванию, углекислый газ растворяется в углекислоте, слабом агенте выветривания. Когда угольная кислота вступает в реакцию с силикатами или породообразующими минералами, углекислый газ навсегда остается в коренной породе, уравновешивая углеродный цикл на протяжении миллионов лет. В незаминированных ландшафтах этот процесс обеспечивает медленный, но неизбежный сток атмосферного углекислого газа, или CO2.
В заминированных ландшафтах с избытком серной кислоты реакции выветривания больше не зависят от углекислоты, а возможность геологической секвестрации углерода исключена. Вместо этого серная кислота выветривает карбонаты, нейтрализующие кислоту, что приводит к выбросу углекислого газа в атмосферу.
Это означает, что спустя долгое время после того, как добыча полезных ископаемых в этих районах остановлена, по оценкам исследователей, от 20 до 90 процентов углерода, поглощаемого растениями на поверхности, будет нейтрализовано выбросом углерода горных пород в атмосферу.
«Поскольку это выветривание происходит так быстро и происходит за счет серной кислоты, оно создает ландшафт, который является источником углекислого газа», - сказал Росс. «Вы быстро растворяете ландшафт и высвобождаете кучу каменного углерода».
Это региональное воздействие также имеет глобальные последствия для круговорота серы, элемента, важного для всех форм жизни. В то время как добыча полезных ископаемых на горных вершинах в Аппалачах покрывает небольшую часть, 0,006 процента, площади суши на Земле, они могут составлять до 7 процентов от общего глобального поступления серы с суши в океан.
Это исследование, финансируемое Национальным научным фондом, является частью текущего проекта под руководством Росса, который недавно присоединился к факультету Уорнерского колледжа природных ресурсов.