Upphovsman:Ohio University
Att utnyttja sin expertis på vattenkvalitet, Ohio University's Appalachian Watershed Research Group (AWRG) utvärderar data som samlats in från regionala gruvverksamheter i en första i sitt slag, för att bättre förutsäga hur grundvattennivåerna kommer att reagera på gruvdrift.
Forskargruppen, ett tvärvetenskapligt team av grund- och doktorander, personal, och lärare från hela Aten -campus, har samlat ett team från geologiska vetenskaper och Voinovich School of Leadership and Public Affairs 'miljöstudier för att genomföra detta projekt. Målet är att skapa ett geospatialt verktyg för att modellera potentiellt negativa miljöpåverkan från gruvdrift i framtiden.
Med finansiering från Federal Office of Surface Mining, Ohio University -teamet gräver igenom omfattande datamängder, sammanställer, analysera och modellera både geologisk och hydrogeologisk information som samlats in av Ohio-baserade gruvföretag och tillsynsmyndigheter under de senaste 40 åren.
Vad är på ytan:En historia av gruvor
Delstaten Ohio har ett långt arv av resourcextraktion - och marken visar det.
Geografiska informationssystem (GIS) kartor skapade från statliga myndighetsdatabaser, inklusive Ohio Department of Natural Resources (ODNR) avdelningar för mineralresurshantering och vattenresurser, liksom Ohio Geological Survey, avslöja den högra delen av staten fylld med brunnar och borrhål utöver en sträng av ytgruvor och annan olje- och gasindustris verksamhet.
Ohio rika gruvarv har haft långvariga effekter på den omgivande miljön, mest synligt som orange-röda floder via en kemisk reaktion som kallas sur gruvdränering. Det är en fråga som har plågat sydöstra Ohio i mer än 100 år.
Finns i hela Appalachia, sur gruvdränering uppstår när pyrit, ett mineral i kol, utsätts för både vatten och syre. Reaktionen har ofta sitt ursprung i underjordiska pooler som bildas i kolgruvor, som sedan kan översvämma och släppa ut i den yttre miljön. Denna utsläpp kan påverka biologin eller kemin - eller båda - i omgivande vattenvägar negativt, påverkar därmed regionens ytvatten.
Tillsynsmyndigheter och gruvföretag har för närvarande inga korrekta, teknikbaserad mekanism för att bedöma sannolikheten för bildandet av dessa gruvbassänger. Återvinning och sanering av sura gruvdräneringseffekter kan kosta federala och statliga regeringar miljoner dollar varje år.
"Vi strävar efter att förbättra förutsägelserna om vattennivåer efter gruvdrift för att förhindra förorenande utsläpp i första hand, "Voinovich School Docent Dr. Natalie Kruse, en av projektteamledarna, sa.
Tvärvetenskaplig kohort utforskar sur gruvdränering i regionen
Rebecca Steinberg, en student GIS-tekniker på gruvpoolprojektet, avslutade sin första utbildningsomgång vid Ohio University med en geologi -grundutbildning och ett GIS -certifikat.
"Jag var barnet med den slumpmässiga samlingen av stenar, "Sa Steinberg. En infödd i Aten, hon bestämde sig för att bedriva geologi i grundutbildningen på grund av dess grund som strukturen för resten av miljön.
Nu kandidat för första året i miljöstudier (MSES) vid Ohio University's Voinovich School, Steinbergs tvärvetenskapliga utbildning är exemplifierande för gruvteamets mångsidiga erfarenheter av syrafrågor.
"Jag är på GIS -sidan av projektet, men jag kan geologin, Sa Steinberg.
Hon och hennes MSES-kollega Zachary Matthews arbetar specifikt med att hantera de stora mängder data som samlas in för teamets eventuella kartbaserade verktyg. Matthews studerade arkeologi i grundutbildning, även vid Ohio University, där han utforskade den omgivande regionen i OHIOs Archaeology Field School.
"Jag gillade verkligen att vara ute - varje dag var ganska spännande, att inte veta vad du skulle hitta, "Matthews sa om sin passion för fältarbete utomhus.
Efter ett och ett halvt års resa till landet för kontraktsarbete, Matthews bestämde sig för att återvända till sin alma mater och fortsätta med ett GIS -certifikat. Han registrerade sig som MSES-kandidat och gick med i gruvpoolprojektet hösten 2017.
På analyssidan av gruvverktygsskapandet finns Lindsey Shafer och Frederick Twumasi, två geologiska forskarstuderande under ledning av doktor Dina Lopez.
Schafers förståelse för syradränering började under hennes grundutbildning som kemi vid Ohio University. Hon började arbeta med Dr Lopez, en fakultetsmedlem i Appalachian Watershed Research Group, under hennes slutförande av en geologi minor. Efter att ha tagit sin kandidatexamen våren 2016, Schafer anmälde sig till programmet Geologiska vetenskaper under hösten.
"Med min kemi bakgrund, Jag blev upphetsad för att jag förstod de kemiska reaktionerna som pågår i syradränering, "Sa Schafer." När jag började arbeta med Dina som doktorand, Jag sa till henne att jag ville arbeta med ett AMD -projekt. "
Schafers geologiska kollega på ytgrupprojektet, Frederick Twumasi, kom till Ohio University efter att ha tagit två examen vid University of Ghana:en kandidatexamen i geologi och en magisterexamen i mineralutforskning. Twumasis forskningsarbete inom guldgruvor fick honom att utforska andra miljöfrågor, inklusive sur gruvdränering, i utvinningsbaserade aktiviteter mer brett.
"Jag älskar kemi, Jag älskar geologi - kombinationen av de två gör mig till den jag är, "Twumasi sa." Så jag frågade mig själv, 'Hur kan jag relatera det till miljön?' Jag verkligen, ville verkligen göra miljögeokemi eftersom jag känner att miljön är allt vi har och dess skydd och hantering bör vara allas mål. "
Tillsammans organiserar Steinberg och Matthews enorma mängder data - som kammar igenom hundratusentals sidor med gruvtillstånd och rapporter som samlats in av ODNR - och går in i en onlinedatabas. Här, MSES -duon letar efter 'användbara' datapunkter - väl- och borrhålskoordinater, statiska vattennivåer, och brunnarnas totala djup - för de senare analys- och modelleringsaspekterna av projektets skapande av övervakningsverktyg.
Förutom datainmatning och behandling, Steinberg har också varit den främsta personen för att projicera data i filer för GIS ArcMap-i slutändan det sätt på vilket det GIS-baserade övervakningsverktyget för minpool kommer att konstrueras som lagets slutprodukt.
Kvalitetssäkring är också en viktig uppgift för projektets slutförande. Datahanteringsteamet jämför flitigt de inmatade uppgifterna med de ursprungliga ODNR -tillstånden, söker efter felmönster och korrigerar sina kalkylblad därefter.
"Denna process är avsedd att säkerställa konsekvens och riktighet för alla våra inmatade data, "Sa Matthews.
Geologiska vetenskapsteamet är nästa i ledningskedjan, med Schafer som utför multivariabel statistisk analys av de morfologiska och geologiska data som utvinns från dessa extremt långa datamängder.
En av utmaningarna med att packa upp dessa data, Schafer sa, bestämmer den exakta höjden och de vattenlager som finns i det omgivande området, med minimal geografisk information om brunnarna baserat på år gamla tillstånd.
"I Ohio, ibland är de väldigt svåra att identifiera eftersom skikten är mycket tunna, så det är svårt att avgöra var de differentierande skikten är, "Sa Schafer.
Att förstå var vattenbrunnarna korsar olika berglager bland olika vattenlevande ämnen kan hjälpa till att förhindra förorening av dricksvatten från t.ex.
Potential för påverkan:Ett gammalt problem, en ny lösning
Projektets slutmål, med vägledning från Appalachian Watershed Research Groups senior tekniska expertis, är att skapa ett GIS-baserat prediktionsverktyg för att förhindra framtida miljöstörningar-och ekonomiska kostnader-från sura gruvdräneringspåverkan.
"Dränering av sura gruvor är ett mycket dyrt återvinningsproblem i Ohio. I stället för att spendera alla dessa pengar för att fixa det efter att gruvan redan har utnyttjats, det skulle vara mer fördelaktigt att försöka minska gruvanas miljöpåverkan innan de går in och börjar bryta, "Sa Schafer.
I början av december 2017 forskargruppsteamet förhandsgranskade sina preliminära forskningsresultat till representanter från Ohio -byråerna och gruvindustrin vars data projektgruppen har använt under de senaste 6 månaderna.
"Det var mer interaktivt, "Twumasi sa, reflektera över mötet. "Vi berättade vad vi hittade, de berättade också vad de verkligen förväntar sig av oss, och i slutet av dagen var de så glada över de framsteg vi gjort. "
När teamet förbereder sig för att gå vidare till verktygssidan för projektet, de fyra studenterna motiveras av möjligheten att påverka en miljöfråga av regional betydelse.
"Jag kämpade alltid med tanken på" Varför spelar forskningen någon roll? "Sa Steinberg. "När du går in på miljöstudier, det finns så många andra aspekter av det; det finns en verklig anledning till att vi studerar de saker vi gör. "