Η όξινη αποστράγγιση ορυχείων από την εξόρυξη άνθρακα μολύνει γόνιμα εδάφη και καλλιέργειες;
Σε πολλές χώρες όπως η Κίνα ή το Βιετνάμ, η εξόρυξη άνθρακα σε ανοιχτό λάκκο είναι μια από τις κύριες αιτίες ρύπανσης (γλυκού νερού, εδάφους ή αέρα). Πράγματι, η υπερφόρτωση και η όξινη αποστράγγιση των ορυχείων από την εξόρυξη άνθρακα μολύνουν τα εδάφη και παράγουν ρύπανση και, ως εκ τούτου, μη παραγωγικές χέρσες εκτάσεις.
Η υπαίθρια εξόρυξη άνθρακα περιλαμβάνει εξόρυξη μεταλλεύματος, η οποία απελευθερώνει μεγάλες ποσότητες λάφυρας. Επακόλουθη ρύπανση με τη χαρακτηριστική έκπλυση ιχνοστοιχείων (π.χ. Cd, Cu, Pb ή Zn), τα οποία είναι δυνητικά τοξικά, εμφανίζεται και προκαλεί μεγάλη ανησυχία για τους πληθυσμούς που καλλιεργούνται κοντά σε περιοχές εξόρυξης. Η εξόρυξη άνθρακα εγείρει ιδιαίτερα έντονες ανησυχίες για διάφορους λόγους. Είναι μια δραστηριότητα μεγάλης κλίμακας (7269 Mt εξορύχθηκαν παγκοσμίως το 2016) και τα επίπεδα εξόρυξης αυξάνονται για να καλύψουν τις αυξανόμενες απαιτήσεις για ηλεκτρική ενέργεια σε πολλές χώρες.
Πολυάριθμα σουλφίδια βρίσκονται σε αυτά τα απόβλητα πετρωμάτων. Αυτά τα ορυκτά μπορεί να περιλαμβάνουν πυρίτη (FeS2 ), χαλκοπυρίτης (CuFeS2 ), κοβελλίτης (CuS), χαλκοκίτης (Cu2 S), γαλήνιο (PbS), γρανοκίτη (CdS) ή φαλερίτες και βουρτζίτες [(Zn, Fe)S]. Η όξινη αποστράγγιση του ορυχείου λόγω της οξείδωσης των αποβλήτων πετρωμάτων που φέρουν θειούχα είναι ένα κοινό περιβαλλοντικό πρόβλημα που σχετίζεται με την εξόρυξη άνθρακα.
Η οξείδωση του πυρίτη είναι μακράν το πιο κοινό σουλφίδιο που είναι υπεύθυνο για την αποστράγγιση των ορυχείων με οξύ. Παράγει ιόντα σιδήρου [Fe(II)] και ιόντα σιδήρου [Fe(III)] ενώ είναι μια πολύ περίπλοκη διαδικασία. Μια γενική εξίσωση για αυτή τη διαδικασία είναι η εξής:
FeS2 + 7/2 O2 + H2 O ⇌ 2 SO4 + Fe + 2 H
Η οξείδωση σουλφιδίου σε θειικό διαλυτοποιεί το Fe(II), το οποίο στη συνέχεια οξειδώνεται σε Fe(III), έχει ως εξής:
Fe + ¼ O2 + H ⇌ Fe + ½ H2 O
Και οι δύο αντιδράσεις μπορούν να συμβούν αυθόρμητα και καταλύονται από μικροοργανισμούς που αντλούν ενέργεια από αντιδράσεις οξείδωσης. Ο παραγόμενος Fe(III) μπορεί στη συνέχεια να οξειδώσει επιπλέον πυρίτη και να αναχθεί σε Fe(II) ως εξής:
FeS2 + 14 Fe + 8 H2 O ⇌ 2 SO4 + 15 Fe + 16 H
Το κύριο αποτέλεσμα αυτών των αντιδράσεων είναι η απελευθέρωση ενός πρωτονίου (Η), το οποίο μειώνει το pH και διατηρεί τη διαλυτότητα του Fe(III).
Η όξινη αποστράγγιση του ορυχείου από την εξόρυξη άνθρακα ενισχύει έτσι τη διαλυτότητα, την κινητοποίηση και τη βιοδιαθεσιμότητα των ιχνοστοιχείων μετάλλων, τα οποία μπορεί να είναι δυνητικά τοξικά. Σε τέτοιες μολυσμένες περιοχές, κολλοειδή και αιωρούμενα σωματίδια (που υπάρχουν στο νερό που χρησιμοποιείται για την άρδευση της γεωργικής γης) μπορεί να μεταφέρουν περαιτέρω αυτά τα ιχνοστοιχεία.
Τα ιχνοστοιχεία μπορεί να έχουν επικίνδυνες επιπτώσεις στην ανάπτυξη των βασικών καλλιεργειών (π.χ. ρύζι…). Μπορούν να συσσωρευτούν σε βρώσιμα μέρη αυτών των καλλιεργούμενων φυτών, θέτοντας σοβαρό κίνδυνο για την υγεία των πληθυσμών που ζουν κοντά στην εξόρυξη άνθρακα. Πράγματι, Cd, Ο Cu και το Pb θα μπορούσαν να έχουν δυσμενείς επιπτώσεις στο σιτάρι (Triticum aestivum L.) ή ρύζι (Oryza sativa Λ.) ανάπτυξη. Η ανοχή σε τοξικά μέταλλα είναι γνωστή στο ρύζι, τον ηλίανθο, το σιτάρι και τα όσπρια. Αυτή η ανοχή οδηγεί σε αύξηση της πρόσληψης μετάλλων και της συγκέντρωσης μετάλλων σε βρώσιμα μέρη φυτών, θέτοντας σοβαρό κίνδυνο για την υγεία του πληθυσμού.
Σε μια πρόσφατη μελέτη, οι Marquez et al. (2018) προσπάθησε να ποσοτικοποιήσει την κινητικότητα και τον καταμερισμό των ιχνοστοιχείων μετάλλων (δηλαδή, Cd, Cu και Pb) γύρω από τις δραστηριότητες εξόρυξης άνθρακα στο Βιετνάμ. Τα αποτελέσματά τους τόνισαν ότι τα εγγενή φυτά ρυζιού προσαρμόστηκαν ώστε να αναπτύσσονται σε εδάφη μολυσμένα με ιχνοστοιχεία, αλλά ο τοπικός πληθυσμός εκτίθεται σε σοβαρούς κινδύνους για την υγεία.
Ο εμπλουτισμός με κάδμιο, Pb και Cu σε εδάφη με ορυζώνες προτάθηκε με συμπληρωματικές μεθόδους (δηλαδή, διαδοχικές εκχυλίσεις και χύμα χημικές αναλύσεις). Ο μόλυβδος αποδεικνύεται ότι κατανέμεται εξίσου μεταξύ ορυκτών και οργανικών φάσεων. Ο χαλκός συνδέεται με ανθρακικά και οργανική ύλη. Μικρότερα κλάσματα Pb και Cu σχετίζονται επίσης με οξείδια σιδήρου και μαγγανίου. Μόνο το 25% του Cd, το 9% του Pb και το 48% του Cu σχετίζονται με το ανταλλάξιμο κλάσμα. Αυτό το κλάσμα θεωρείται κινητό και, επομένως, βιοδιαθέσιμο για πρόσληψη από τα φυτά.
Επιπλέον, τα αποτελέσματα της αύξησης των συγκεντρώσεων ιχνοστοιχείων σε τοπικές και μάρτυρες ποικιλίες ρυζιού δείχνουν αξιοσημείωτες διαφορές στην ανάπτυξη (π.χ. Σχήμα 1 για Pb). Η τοπική ποικιλία αναπτύχθηκε κοντά στις τιμές ελέγχου, ακόμη και μετά την έκθεση σε υψηλότερες συγκεντρώσεις ιχνοστοιχείων. Η ανάπτυξη της ποικιλίας ρυζιού ελέγχου τροποποιείται σημαντικά με την αύξηση των συγκεντρώσεων ιχνοστοιχείων. Αυτό το αποτέλεσμα υποδηλώνει ότι υπάρχει συσσώρευση τοξικών ιχνοστοιχείων στα βρώσιμα μέρη των καλλιεργειών.
Αυτά τα ευρήματα περιγράφονται στο άρθρο με τίτλο Effect of Cadmium, Copper and Lead on the Growth of Rice in the Coal Mining Region of Quang Ninh, Cam-Pha (Βιετνάμ), που δημοσιεύτηκε πρόσφατα στο περιοδικό Sustainability . Αυτή η εργασία διεξήχθη από τους J. Eduardo Marquez, Sebastian Weber, Thi Bích Hòa Hoàng και Raul E. Martinez από το Albert-Ludwigs University και Olivier Pourret και Michel-Pierre Faucon από το UniLaSalle.
