L'estrazione mineraria comporta lo spostamento di molta roccia, quindi ci si aspetta un po' di disordine. Però, le operazioni minerarie possono continuare a influenzare gli ecosistemi anche molto tempo dopo la fine dell'attività. I metalli pesanti e le sostanze corrosive si disperdono nell'ambiente, impedire il ritorno di fauna e vegetazione nella zona.

Fortunatamente, questo danno può essere invertito. Un team di scienziati, tra cui Dave Herbst dell'UC Santa Barbara, ha studiato come gli ecosistemi fluviali rispondono agli sforzi di bonifica. Il team ha combinato decenni di dati provenienti da quattro bacini idrografici inquinati da miniere abbandonate. Ci è voluto un pensiero creativo per semplificare le complesse dinamiche di quasi una dozzina di tossine sulla miriade di specie in ogni fiume.

In definitiva, l'intelligente metodologia del team ha dimostrato che il restauro può migliorare alcuni dei maggiori problemi di contaminazione mineraria. Le loro scoperte, pubblicato sulla rivista Scienza dell'acqua dolce , hanno rivelato strategie che hanno funzionato bene come modelli di recupero attraverso i quattro corsi d'acqua. I risultati suggeriscono anche che le normative devono considerare tutti i contaminanti insieme, piuttosto che stabilire standard su base individuale.

"C'è un grosso problema che abbiamo con i siti minerari legacy, non solo negli Stati Uniti ma in tutto il mondo, " disse Herbst, un biologo ricercatore presso il Sierra Nevada Aquatic Research Laboratory (SNARL) dell'università a Mammoth Lakes. "Sono diffusi, problemi persistenti e di lunga durata. Ma la buona notizia è che, con l'investimento e lo sforzo di programmi come CERCLA Superfund, possiamo risolvere questi problemi".

Il lavoro di Herbst si è concentrato su Leviathan Creek, un torrente Sierran 25 miglia a sud-est del lago Tahoe che è il sito di uno sforzo di restauro sotto CERCLA (la risposta ambientale globale, compensazione, e responsabilità civile), noto anche come Superfund. La zona non era minata per metalli preziosi, ma per estrarre zolfo per produrre acido solforico per elaborare minerali da altri siti. La presenza di minerali solforati rendeva l'acqua naturalmente un po' acida, ma l'estrazione a cielo aperto ha esposto questi minerali agli elementi. Il risultato è stato un acido più forte che ha lisciviato metalli in tracce come l'alluminio, cobalto e ferro dalla roccia nell'ambiente. Gli effetti combinati dell'aumento dell'acidità e dei metalli tossici hanno devastato l'ecosistema acquatico locale.

Riordinare gli standard

Ogni sito minerario produce una miscela unica di inquinanti. Cosa c'è di più, diversi fiumi ospitano diverse specie di invertebrati acquatici, con centinaia di tipi diversi in ogni flusso, disse Herbst. Questa variabilità ha reso i confronti una sfida.

Così i ricercatori si sono messi al lavoro per stabilire standard e parametri di riferimento. Hanno deciso di monitorare l'effetto dell'inquinamento e della bonifica sulle effimere, flebotomi e tricotteri. Questi gruppi sono fondamentali per la rete alimentare acquatica e mostrano una varietà di tolleranze a diverse tossine. Piuttosto che confrontare specie strettamente imparentate, gli scienziati hanno raggruppato animali con caratteristiche condivise, come tratti fisici e storie di vita.

Successivamente il team ha dovuto dare un senso a tutti gli inquinanti. Si sono subito resi conto che non sarebbe stato sufficiente monitorare separatamente la tossicità dei singoli metalli, come spesso si fa in laboratorio. È l'impatto combinato che colpisce effettivamente l'ecosistema. Per di più, gli scienziati spesso misurano la tossicità in base a un dosaggio letale. Eppure l'inquinamento può devastare l'ecologia a concentrazioni molto più basse, Herbst ha spiegato. Effetti cronici, come crescita e riproduzione ridotte, può eliminare le specie da un'area nel tempo senza effettivamente uccidere alcun individuo.

Data la varietà di tossine, i ricercatori hanno deciso un altro standard per la tossicità:l'unità di criterio. Hanno definito 1 unità criterio (CU) come la concentrazione di una tossina che ha prodotto effetti negativi sulla crescita e sulla riproduzione degli organismi di prova. Sebbene la varietà delle risposte renda la CU un'approssimazione, si è rivelata una metrica sorprendentemente robusta.

La concentrazione in 1 CU varia da sostanza a sostanza. Ad esempio, i ricercatori hanno utilizzato un valore di 7,1 microgrammi di cobalto per litro d'acqua come soglia tossica per la vita acquatica. Così, 7,1 μg/L equivalgono a 1 CU di cobalto. Nel frattempo, 150 μg/L di arsenico hanno impedito agli invertebrati di vivere la loro vita migliore, quindi 150 μg/L sono stati fissati come 1 CU di arsenico.

Questo approccio ha permesso agli scienziati di confrontare e combinare gli effetti di tossine completamente diverse, fornendo una convalida di come si prevede che la tossicità totale si verifichi in natura. Così, 7,1 μg/L di cobalto da solo, o 150 μg/L di arsenico da solo, o anche una combinazione di 3,55 μg/L di cobalto più 75 μg/L di arsenico tutti producono un'unità di criteri cumulativi (CCU) di 1, che comporta problemi simili per le creature acquatiche, comunque venga raggiunto.

Questo effetto combinato si è rivelato fondamentale per comprendere le implicazioni del mondo reale dell'inquinamento minerario perché gli animali sono esposti a molte tossine contemporaneamente. "Devi considerare questi metalli insieme, non individualmente, quando si valuta la soglia di tossicità in un ambiente, " disse Herbst.

Quindi, nonostante la varietà di metalli in luoghi diversi, esprimendo la tossicità in unità di criteri cumulativi, gli scienziati potrebbero confrontare i fiumi. Quando la tossicità totale supera 1 CCU, la diversità degli invertebrati si svela.

A giudicare i loro sforzi

Il team aveva ora i propri soggetti (invertebrati acquatici) e un modo semplice per misurare l'inquinamento (l'unità dei criteri cumulativi). Avevano anche oltre 20 anni di dati sul campo da quattro bacini idrografici in cui sono in corso le operazioni di pulizia di Superfund. Hanno usato corsi d'acqua non inquinati vicino a ciascun fiume come base per giudicare quanto bene stesse procedendo il restauro.

Gli autori hanno scoperto che questi progetti sono stati in grado di riportare i fiumi a condizioni quasi naturali in 10-15 anni. È stata una bellissima sorpresa. "Indipendentemente dal fatto che ci fossero diversi inquinanti minerari, diversi modi di risolvere il problema e diverse dimensioni del flusso, tutti i progetti hanno avuto esito positivo, " disse Herbst.

Gran parte del recupero è avvenuto nei primi anni di trattamento, Ha aggiunto. Poiché le condizioni sono peggiori all'inizio, anche un piccolo sforzo farà una grande differenza.

"L'altra parte sorprendente è stata il grado di comunanza nelle risposte nonostante i diversi contaminanti e le pratiche di bonifica, " disse Herbst. Il tasso di guarigione, ordine in cui le specie sono tornate (in base a tratti condivisi), e anche il lasso di tempo a lungo termine era simile in tutti e quattro i fiumi. Questi risultati promettenti e percorsi condivisi suggeriscono che anche problemi ambientali scoraggianti possono essere risolti con sforzi e investimenti adeguati.

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. Però, 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. Ad esempio, 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, " Egli ha detto.

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."