Fort de son expertise en qualité de l'eau, Le Appalachian Watershed Research Group (AWRG) de l'Ohio University évalue les données recueillies auprès des opérations minières régionales dans une étude unique en son genre, pour mieux prédire comment les niveaux d'eau souterraine réagiront à l'exploitation minière.

Le groupe de recherche, une équipe multidisciplinaire d'étudiants de premier cycle et des cycles supérieurs, Personnel, et des professeurs de tout le campus d'Athènes, ont réuni une équipe des sciences géologiques et du programme d'études environnementales de l'École de leadership et d'affaires publiques de Voinovich pour la réalisation de ce projet. L'objectif est de créer un outil géospatial pour modéliser les impacts environnementaux potentiellement négatifs des opérations minières à l'avenir.

Avec le financement de l'Office fédéral des mines à ciel ouvert, l'équipe de l'Université de l'Ohio fouille dans de vastes ensembles de données, compilation, analyser et modéliser les informations géologiques et hydrogéologiques recueillies par les sociétés minières et les organismes de réglementation de l'Ohio au cours des 40 dernières années.

Ce qu'il y a à la surface :une histoire des mines

L'État de l'Ohio a un long héritage d'extraction de ressources – et la terre le montre.

Cartes des Systèmes d'Information Géographique (SIG) créées à partir des bases de données des agences de l'État, y compris les divisions de gestion des ressources minérales et des ressources en eau du département des ressources naturelles de l'Ohio (ODNR), ainsi que l'Ohio Geological Survey, révèlent la partie la plus à droite de l'État criblée de puits et de forages en plus d'une bande de mines à ciel ouvert et d'autres activités de l'industrie pétrolière et gazière.

Le riche héritage minier de l'Ohio a eu des effets de longue date sur l'environnement, le plus visiblement sous forme de rivières rouge orangé via une réaction chimique appelée drainage minier acide. C'est un problème qui sévit dans le sud-est de l'Ohio depuis plus de 100 ans.

Trouvé dans toutes les Appalaches, le drainage minier acide se produit lorsque la pyrite, un minéral dans le charbon, est exposé à la fois à l'eau et à l'oxygène. La réaction a souvent son origine dans les mares souterraines qui se forment dans les mines de charbon, qui peuvent alors inonder et se déverser dans le milieu extérieur. Ce rejet peut affecter négativement la biologie ou la chimie - ou les deux - des cours d'eau environnants, impactant ainsi les eaux de surface de la région.

Les régulateurs et les sociétés minières ne disposent pas actuellement d'un mécanisme basé sur la technologie pour évaluer la probabilité de formation de ces gisements miniers. La remise en état et l'assainissement des impacts du drainage minier acide peuvent coûter des millions de dollars aux gouvernements fédéral et étatiques chaque année.

"Nous visons à améliorer les prévisions des niveaux d'eau post-exploitation pour éviter les rejets polluants en premier lieu, " Professeur agrégé de l'école Voinovich Dr. Natalie Kruse, l'un des chefs d'équipe projet, mentionné.

Une cohorte multidisciplinaire explore le drainage minier acide dans la région

Rébecca Steinberg, un étudiant Technicien SIG sur le projet mine-pool, a terminé son premier cycle d'études à l'Université de l'Ohio avec une majeure en géologie de premier cycle et un certificat en SIG.

"J'étais le gamin avec la collection aléatoire de roches, " a déclaré Steinberg. Originaire d'Athènes, elle a décidé de poursuivre la géologie au premier cycle en raison de sa base en tant que structure du reste de l'environnement.

Désormais candidate à la maîtrise en études environnementales (MSES) à la Voinovich School de l'Ohio University, La formation multidisciplinaire de Steinberg est exemplaire des diverses expériences de l'équipe du pool minier en matière de problèmes de drainage minier acide.

"Je suis du côté SIG du projet, mais je connais la géologie, ", a déclaré Steinberg.

Elle et son collègue MSES, Zachary Matthews, travaillent spécifiquement sur la gestion des grandes quantités de données collectées pour l'éventuel outil cartographique de l'équipe. Matthews a étudié l'archéologie au premier cycle, également à l'Université de l'Ohio, où il a exploré la région environnante à l'école de terrain d'archéologie de l'OHIO.

"J'ai vraiment aimé être dehors - chaque jour était assez excitant, ne sachant pas ce que vous alliez trouver, " Matthews a dit de sa passion pour le travail sur le terrain en plein air.

Après un an et demi de voyage à travers le pays pour du travail à façon, Matthews a décidé de retourner dans son alma mater et de poursuivre un certificat SIG. Il s'est inscrit en tant que candidat MSES et a rejoint le projet mine-pool à l'automne 2017.

Du côté de l'analyse de la création de l'outil de mine se trouvent Lindsey Shafer et Frederick Twumasi, deux étudiants diplômés en sciences géologiques sous la direction du Dr Dina Lopez.

La compréhension de Schafer du drainage minier acide a commencé au cours de ses cours de premier cycle en tant que majeure en chimie à l'Université de l'Ohio. Elle a commencé à travailler avec le Dr Lopez, membre du corps professoral du Groupe de recherche sur les bassins versants des Appalaches, pendant l'obtention de sa mineure en géologie. Après avoir obtenu son baccalauréat au printemps 2016, Schafer s'est inscrit au programme de sciences géologiques à l'automne.

"Avec ma formation en chimie, J'étais excité parce que je comprenais les réactions chimiques qui se produisent dans le drainage minier acide, " a déclaré Schafer. "Quand j'ai commencé à travailler avec Dina en tant qu'étudiant diplômé, Je lui ai dit que je voulais travailler sur un projet AMD."

Le collègue des sciences géologiques de Schafer sur le projet de mine à ciel ouvert, Frédéric Twumasi, est arrivé à l'Université de l'Ohio après avoir obtenu deux diplômes à l'Université du Ghana :un baccalauréat en géologie et une maîtrise en exploration minérale. Les travaux de recherche de Twumasi dans les mines d'or l'ont amené à explorer d'autres questions environnementales, y compris le drainage minier acide, dans les activités basées sur l'extraction plus largement.

"J'aime la chimie, J'aime la géologie - la combinaison des deux fait de moi qui je suis, " dit Twumasi. " Alors je me suis demandé, « Comment puis-je relier cela à l'environnement ? » J'ai vraiment, Je voulais vraiment faire de la géochimie environnementale parce que je pense que l'environnement est tout ce que nous avons et que sa protection et sa gestion devraient être l'objectif de tous. »

Ensemble, Steinberg et Matthews organisent une énorme quantité de données – passant au peigne fin des centaines de milliers de pages de permis miniers et de rapports collectés par l'ODNR – et les saisissant dans une base de données en ligne. Ici, le duo MSES recherche des points de données « utilisables » – coordonnées de puits et de forage, niveaux d'eau statiques, et la profondeur totale des puits – pour les aspects ultérieurs d'analyse et de modélisation de la création de l'outil de surveillance du projet.

En plus de la saisie et du traitement des données, Steinberg a également été la principale personne chargée de projeter les données dans des fichiers pour GIS ArcMap – en fin de compte, la manière dont l'outil de surveillance du bassin minier basé sur le SIG sera construit en tant que produit final de l'équipe.

L'assurance qualité est également une tâche importante pour la réalisation du projet. L'équipe de gestion des données compare avec diligence les données saisies aux permis ODNR d'origine, vérifier les modèles d'erreur et corriger leurs feuilles de calcul en conséquence.

"Ce processus est destiné à assurer la cohérence et l'exactitude de toutes nos données saisies, ", a déclaré Matthews.

L'équipe Sciences géologiques est la suivante dans la chaîne de commandement, avec Schafer effectuant une analyse statistique multivariable sur les données morphologiques et géologiques extraites de ces ensembles de données extrêmement longs.

L'un des défis du déballage de ces données, Schafer a dit, détermine l'altitude exacte et les couches rocheuses aquifères identifiées dans la région environnante, avec un minimum d'informations géographiques sur les puits basées sur des permis vieux de plusieurs années.

« Dans l'Ohio, parfois ils sont très difficiles à identifier car les couches sont très fines, il est donc difficile de déterminer où se trouvent ces couches de différenciation, " a déclaré Schafer.

Comprendre où les puits d'eau croisent différentes couches de roche parmi différents aquifères peut aider à prévenir la contamination de l'eau potable par le drainage minier acide.

Potentiel d'impact :un problème ancien, une nouvelle solution

Le but ultime du projet, avec les conseils de l'expertise technologique principale de l'Appalachian Watershed Research Group, est de créer un outil de prédiction basé sur le SIG pour prévenir les futures perturbations environnementales - et les coûts économiques - des impacts du drainage minier acide.

« Le drainage minier acide est un problème de remise en état très coûteux dans l'Ohio. Au lieu de dépenser tout cet argent pour le réparer une fois que la mine a déjà été exploitée, il serait plus avantageux d'essayer de réduire l'impact environnemental des mines avant qu'elles n'entrent et ne commencent l'exploitation, " a déclaré Schafer.

Début décembre 2017, l'équipe du groupe de recherche a présenté les résultats de ses recherches préliminaires aux représentants des agences de l'Ohio et des industries minières dont le groupe de projet a utilisé les données au cours des 6 derniers mois.

"C'était plus interactif, " Twumasi a dit, réflexion sur la rencontre. "Nous leur avons dit ce que nous avons trouvé, ils nous ont aussi dit ce qu'ils attendaient vraiment de nous, et à la fin de la journée, ils étaient si heureux des progrès que nous avons accomplis."

Alors que l'équipe se prépare à passer à l'étape de création d'outils du projet, les quatre étudiants sont motivés par l'opportunité d'avoir un impact sur un problème environnemental d'importance régionale.

« J'ai toujours eu du mal avec l'idée de « Pourquoi la recherche est-elle importante ? » », a déclaré Steinberg. "Quand vous vous lancez dans les études environnementales, il y a tellement d'autres aspects à cela; il y a une vraie raison pour laquelle nous étudions les choses que nous faisons."