Kolindustrin kan ha minskat under det senaste decenniet på grund av ökningen av billig naturgas, men en kolbrytningsmetod som kallas bergstoppsborttagning pågår fortfarande, särskilt i centrala Appalachia.

Ett nytt webbaserat kartverktyg visar, mer detaljerat än någonsin tidigare, marken som blottas av kolgruvor på bergstoppar i centrala Appalachia varje år, går mer än tre decennier tillbaka.

Verktyget använder satellitbilder för att identifiera och kartlägga den årliga omfattningen av gruvverksamhet över ett fyra-statsområde inklusive delar av Kentucky, Tennessee, Virginia och West Virginia.

I journalen PLOS ETT , forskare uppskattar att mellan 1985 och 2015, i genomsnitt 21, 000 hektar omvandlades till bar jord och spillror i centrala Appalachia varje år - ett område som är ungefär hälften så stort som Washington, D.C.

Denna analys placerar den totala uppskattningen sedan 1970-talet till cirka 1,5 miljoner hektar. "Det är ett område som är 18 procent större än delstaten Delaware, och bara 3 procent mindre än Everglades National Park, " sa första författaren Andrew Pericak, som genomförde forskningen i laboratoriet för biologiprofessorn Emily Bernhardt vid Duke University.

Bergtoppsbrytning är en form av kolbrytning på ytan där kolföretag röjer skogen från en kulle, använd sedan sprängämnen och tunga maskiner för att spränga och gräva genom marken och berggrunden och exponera lagren av kol under. Den kvarvarande sten och skräp skjuts in i intilliggande dalar, begrava bäckar under hundratals meter av spillror som kallas "dalfyllning".

Förespråkare säger att processen tillåter gruvföretag att skörda grunda sömmar av kol som de inte kan nå via traditionell underjordisk gruvdrift. Men växande vetenskapliga bevis tyder på att det också förstör skogar, fyller luften med skadligt damm och förorenar närliggande vattendrag.

Att fastställa tidpunkten och omfattningen av gruvverksamhet är avgörande för att bedöma och mildra dessa miljö- och mänskliga effekter, sa medförfattaren Matthew Ross, tidigare vid Duke och nu postdoktoral forskare vid University of North Carolina i Chapel Hill.

Men pålitlig, Uppdaterade uppskattningar av gruvdriftens fotavtryck är svåra att få. Ett givet år, ett gruvbolag får endast bedriva verksamhet inom en del av det område som anges på deras gruvtillstånd. Tidigare ansträngningar har kartlagt ytbrytning i Appalachia med hjälp av satellitbilder, men dessa kartor har inte uppdaterats sedan 2006, och bara ge en ögonblicksbild av gruvdrift vart tionde år, snarare än från år till år.

Verktyget utvecklat av Duke-forskare, arbetar med partners på de ideella organisationerna SkyTruth och Appalachian Voices, avslöjar var bergstoppsbrytning pågår i en finare tidsskala, och gör det lättare att hålla informationen aktuell.

Teamet använde Googles Earth Engine-molnplattform för att bearbeta satellitbilder från amerikanska myndigheter av synligt och osynligt ljus som reflekteras från jordens yta, tagit över 31 år i följd i ett 74-länsområde.

Varje pixel i 10, 240 satellitbilder, tillbaka till 1985, analyserades av en datoralgoritm som använde reflektansdata för att bestämma "grönheten" för varje liten kvadrat i bilden, som representerar en kvadrat på 100 fot på 100 fot på jorden.

En samling pixlar som i stort sett verkade sakna växtlighet och som inte var en del av en stad, väg eller vattenförekomst märktes som ett område där gruvdrift sannolikt förekom det året, med minst 83 procents noggrannhet under ett givet år.

"Det tog bara några minuter att mata ut datamängden, " sa Pericak. "Det är en enorm tidsbesparing."

Teamet kombinerade också sina uppskattningar av gruvområdet med tidigare publicerade data om kolproduktion. Under 1980- och 1990 -talen de hittade, var 100 kvadratmeter mark i regionen gav ett ton kol. År 2010, dock, kolföretag behövde rensa och spränga cirka 160 kvadratfot per ton, och 2015, det tog mer än 300 kvadratfot.

"Det krävs mer mark för att få samma mängd kol än det hade tidigare, "Sa Pericak.

Resultaten överensstämmer med vad geologer sedan mitten av 1990-talet har förvarnat – att som tjockare, mer tillgängliga lager av kol bryts ut, förhållandet av spillsten och jord till kol kommer att öka, tillsammans med driftskostnader, Sa Ross.

Senior medförfattare Emily Bernhardt säger att de uppdaterade kartorna kommer att hjälpa forskare att komma med mer exakta uppskattningar av kostnaderna och fördelarna med bergstoppsbrytning, och hur det kan jämföras med andra former av resursutvinning.

"Alla forskare som är intresserade av att studera effekterna av bergstoppsbrytning kan nu se exakt var gruvor finns i landskapet och hur länge dessa effekter har varit aktiva, sade Bernhardt, vem använder data för att förstå mer exakt hur bergstoppsbrytning påverkar vattenkvaliteten, hur långt effekterna sträcker sig nedströms och hur länge de kvarstår.

Indiana University professor Michael Hendryx, som inte var involverad i studien, har använt de uppdaterade kartorna för att bedöma exponering för luftföroreningar och andra hälsoeffekter hos människor som bor nära aktiva gruvplatser, jämfört med människor som bor längre bort.

"Det ger också allmänheten en bättre möjlighet att övervaka gruvverksamheten för att se till att de följer villkoren i sina tillstånd, " sa medförfattaren Christian Thomas från SkyTruth. "Alla nya problem som dyker upp skulle potentiellt kunna åtgärdas och korrigeras mer effektivt med denna årliga titt på regionen."

Thomas säger att SkyTruth planerar att använda data för att mäta effektiviteten av återvinningsinsatser efter att gruvdriften har upphört. "Detta är nyckeln till att hjälpa regionen att återhämta sig från detta arv från gruvdrift och övergång till en framtid utan gruvdrift, "Sa Thomas.

Data och datorkod är gratis för alla att använda, och framtida gruvdrift kan snabbt läggas till i datasetet när nya satellitbilder blir tillgängliga, sa Pericak.