Markforskaren Jim Ippolito tror på lokala lösningar på lokala problem. Problemet han arbetar med är förorenad jord nära övergivna gruvor.

I västra USA 160, 000 övergivna gruvor förorenar jordar i regionen. Ippolito, docent i markvetenskap vid Colorado State University, hoppas kunna lösa detta problem med biokol, ett kolliknande ämne som kan minska de giftiga konsekvenserna av brytning av metaller.

Biokol framställs genom att växtmaterial bränns i en ugn med låg syrehalt. Ippolito föreslår att man använder växtmaterial i västra delstater som pinjeträd eller irriterande, störande träd — som den invasiva tamarisken — som foder till ugnen.

"Jag trodde, varför använder vi inte bara det här för att göra biokol?" sa Ippolito. "Det är att använda lokalt material för att lösa ett lokalt problem."

Övergivna gruvplatser är vanliga i västra stater. Över åren, utvinning av ädelmetaller som guld eller silver lämnade ett arv av hög surhet i gruvpåverkade jordar.

"När du gräver hål i marken via gruvdrift och drar ut sten som inte har sett atmosfären på miljontals år, materialen genomgår en förändring, " sade Ippolito. "Dessa material kan börja försuras."

När vissa stenmineraler exponeras för atmosfären, de kan bilda svavelsyra. Svavelsyran sprider sig som en infektion, bryter ner stenar runt den. Vissa av dessa stenar innehåller tungmetaller, som bly eller koppar, och för det mesta är metallerna ofarliga. Tungmetallerna blir ett problem när de blir biotillgängliga – eller när växter kan ta upp dem. Svavelsyra gör metaller mer biotillgängliga för växter genom att frigöra metaller från stenar.

"En bra analogi skulle vara att processen fungerar precis som hur vår magsyra fungerar för att bryta ner mat till komponenter som är biotillgängliga för oss, sa Ippolito.

De biotillgängliga tungmetallerna kan passera in i växtcellmembran och förgifta växten. "Du hittar platser nära övergivna gruvor som är helt tomma på vegetation på grund av förhöjda biotillgängliga metaller, sa Ippolito.

De flesta som städar upp gamla gruvor blandar in kalk i jorden för att minska surheten. Mindre surhet i jorden betyder mindre möjlighet för växter att ta upp tungmetaller, eftersom metallerna ändrar form från mer till mindre biotillgängliga i närvaro av kalk.

Istället för lime, Ippolito vill använda biokol för att minska markens surhet. Biokol produceras vanligtvis genom att värma upp växtmaterial i en sluten miljö. "I grund och botten tar du ved, lägg den i en trumma, försegla den, och starta en eld under den, sade Ippolito. Materialet som är kvar i trumman ser ut som träkol.

Forskningen om användningen av biokol är omfattande:den har testats som en vattenrenare, ett gödselmedel, en kolsänka med mera. Ippolitos biokol är speciellt eftersom det är gjord av lokala träd som ställer till problem i västra delstater. Ett av träden är lodge pole tall. Bergtallbaggar har decimerat miljontals hektar av lodge pole pine i västra stater och Kanada. Rader och rader av träd låg som tändstickor. I torra områden, fällda tallar är en tinderbox för skogsbränder. Ippolito sa att göra något användbart från brandfarligt, bortkastade träd kan bara vara bra. Han föreslår också att tamarisk används som biokolråvara. Tamarisk är en invasiv art i västra delstater. Det täpper till vattendelar, råna näring och vatten från inhemska arter.

Forskarna gjorde biokol från båda träden och blandade det i fyra olika jordar från övergivna gruvor i Colorado och Idaho. De analyserade biotillgängligheten för de metaller som finns i jorden. Båda biokoltyperna minskade markens surhet i alla fyra jordarna. Biokolet avbröt framgångsrikt den giftiga kombinationen av försurade jordar och tungmetaller, omvandlar dessa metaller till mindre biotillgängliga former.

Ippolitos nästa steg är att ta ut sitt lokalt anskaffade biokol på fältet. Han sa att han är redo att använda den. "Jag har tillbringat minst ett decennium med att testa biokol i labbet och växthuset, " sa han. "Det är äntligen dags att applicera biokolet på vissa gruvor." Ippolito arbetar med USDA Agricultural Research Service för att testa biokolet på en gruvplats i västra USA såväl som i Missouri.

Ippolito samarbetade med ett team av forskare från USDA-Agricultural Research Service, University of Idaho, och två privata enheter i Colorado (Confluence Energy i Kremmling, CO and Ascension Soil Co. i Evergreen, CO). Deras arbete publiceras i Journal of Environmental Quality .