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研究表明恢复可以改善采矿污染

采矿涉及移动大量岩石,因此预计会出现一些混乱。然而,采矿作业在活动结束后很长一段时间内仍会继续影响生态系统。重金属和腐蚀性物质渗入环境,阻止野生动物和植被返回该地区。

幸运的是,这种损害是可以逆转的。包括加州大学圣巴巴拉分校的 Dave Herbst 在内的一组科学家研究了河流生态系统对修复工作的反应。该团队结合了被废弃矿山污染的四个流域数十年的数据。需要创造性思维来简化每条河流中无数物种近十几种毒素的复杂动态。

最终,该团队巧妙的方法表明,恢复可以改善采矿污染的一些最大问题。他们的研究结果发表在淡水科学杂志上,揭示了在四个水道中运作良好的恢复模式的策略。结果还表明,法规需要综合考虑所有污染物,而不是单独制定标准。

遗留矿场存在一个大问题,不仅在美国,而且在全世界。它们是普遍存在、持续存在且长期存在的问题。但好消息是,通过 CERCLA Superfund 等项目的投资和努力,我们可以解决这些问题。”

Dave Herbst,加州大学圣巴巴拉分校内华达水产研究实验室研究生物学家

Herbst 的工作重点是利维坦溪,这是一条位于太浩湖东南 25 英里的塞拉河流域,是根据 CERCLA(综合环境响应、补偿和责任法案)进行修复工作的地点,也称为超级基金。该地区不是为了贵金属而开采的,而是为了提取硫磺来制造硫酸以处理来自其他地方的矿物。含硫矿物质的存在为天然有点酸性的水制成,但露天采矿将这些矿物质暴露在元素中。结果是更强的酸将铝、钴和铁等微量金属从岩石中浸出到环境中。酸度增加和有毒金属的综合影响破坏了当地的水生生态系统。

梳理标准

每个采矿点都会产生独特的污染物混合物。更重要的是,不同的河流拥有不同种类的水生无脊椎动物,每条溪流中有数百种不同的种类,赫布斯特说。这种可使比较成为一项挑战。

因此,研究人员开始着手建立标准和基准。他们决定追踪污染和修复对蜉蝣、石蝇和石蛾的影响。这些群体对水生食物网至关重要,对不同的毒素表现出多种耐受性。科学家们没有比较密切相关的物种,而是将具有共同特征的动物组合在一起——比如身体特征和生活史。

接下来,团队必须弄清楚所有的污染物。他们很快意识到单独跟踪单个金​​属的毒性是不够的,就像在实验室中经常做的那样。实际上影响生态系统的是综合影响。此外,科学家们经常根据致死剂量来衡量毒性。然而,赫布斯特解释说,污染可以在低得多的浓度下破坏生态。慢性影响,如生长和繁殖减少,可以随着时间的推移从一个地区消灭物种,而不会真正杀死任何个体。

鉴于毒素的多样性,研究人员决定了另一个毒性标准:标准单位。他们将 1 个标准单位 (CU) 定义为对测试生物的生长和繁殖产生不利影响的毒素浓度。尽管响应的多样性使 CU 成为一个近似值,但它被证明是一个令人惊讶的稳健指标。

1 CU 中的浓度因物质而异。例如,研究人员使用每升水中 7.1 微克钴作为水生生物的毒性阈值。因此,7.1 μg/L 等于 1 CU 的钴。同时,150 μg/L 的砷使无脊椎动物无法过上最佳生活,因此将 150 μg/L 设为 1 CU 砷。

这种方法使科学家们能够比较和结合完全不同的毒素的影响,从而验证自然界中预期的总毒性是如何发生的。因此,7.1 μg/L 钴本身,或 150 μg/L 砷本身,甚至 3.55 μg/L 钴加 75 μg/L 砷的组合都会产生 1 的累积标准单位 (CCU) ,这对水生生物来说也有类似的问题,但是它已经达到了。

事实证明,这种综合效应对于理解采矿污染对现实世界的影响至关重要,因为动物同时暴露于多种毒素。“在现场评估毒性阈值时,您需要将这些金属一起考虑,而不是单独考虑,”赫布斯特说。

因此,尽管不同地点的金属种类繁多,但通过以累积标准单位表示毒性,科学家们可以跨河流进行比较。当总毒性超过 1 CCU 时,无脊椎动物的多样性就会瓦解。

判断他们的努力

该团队现在有了他们的受试者(水生无脊椎动物)和一种测量污染的简单方法(累积标准单位)。他们还有来自四个流域的 20 多年的现场数据,其中 Superfund 清理工作正在进行中。他们使用每条河流附近未受污染的溪流作为基线来判断恢复的进展情况。

作者发现这些项目能够在 10 到 15 年内将河流恢复到接近自然状态。这是一个美妙的惊喜。Herbst 说:“尽管存在不同的采矿污染物、不同的解决问题的方法和不同大小的河流,但所有项目都取得了成功。”

他补充说,大部分康复发生在治疗的最初几年。由于一开始的情况是最糟糕的,即使是很小的努力也会产生很大的不同。

“另一个令人惊讶的部分是尽管污染物和补救措施不同,但反应的共性程度,”赫布斯特说。所有四条河流的恢复速度、物种回归的顺序(基于共同特征),甚至长期时间框架都相似。这些有希望的结果和共享路径表明,即使是艰巨的环境问题也可以通过适当的努力和投资来解决。

教训和松散的结局

加利福尼亚州、科罗拉多州、爱达荷州和蒙大拿州的四个地点正在进行修复。许多干预措施,例如用石灰处理酸性水,都需要持续关注。然而,诸如更换受污染土壤、建立微生物生物反应器以及重新植被挖掘和河岸地区等努力有望使修复自我维持。

目标是一个自我维持的解决方案,因为这些地点在一年中的某些时候可能无法进入,从而导致不同程度的污染。例如,冬天下雪会阻止人们进入 Leviathan 矿,因此只能在春季和秋季之间进行补救。春季融雪也溶解了更多的金属,造成比初秋干燥时期更糟糕的条件。

Herbst 计划在未来的研究中重新审视修复的季节性方面。就目前而言,他认为其他废弃矿山应该实施修复和监测实践,以评估修复的成功与否。

如果没有对四个地点的长期监测,这些激动人心的发现是不可能的。赫布斯特说:“你很少得到持续时间超过几年的恢复项目的监测研究,这真的很遗憾,因为他们中的大多数人在这么短的时间内没有表现出任何反应。”

Herbst 和他的同事拥有这些数据集的唯一原因是他们自己投入了时间和资源。“其中很大一部分原因是个别研究人员对这些项目的奉献,”他说。“沿途还有其他参与者来来往往,但只要有一些专门的研究人员收集这些数据,那么将来我们就可以根据这些数据做出决定。”

除了长期监测的重要性之外,Herbst 希望 EPA 和行业接受的信息是我们不能单独对有毒金属应用水质标准。他说:“我们必须根据他们如何共同行动来共同应用它们。”

即使个别污染物低于要求的限度,它们的综合影响也可能远远超过野生动物的处理能力。累积标准单位的概念提供了一个非常简单的方法来解释这个问题:如果一个流中的八种毒素都是其 CU 值的一半,它们加起来仍然是 4 个 CCU。

底线:有理由庆祝。Herbst 说:“我们能够通过这项研究证明,这些项目即使在解决最大的问题时也能取得成功,这正是 Superfund 项目旨在解决的问题。”

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