Det moderna samhället förlitar sig på metaller som koppar, guld och nickel för användning från medicin till elektronik. De flesta av dessa element är sällsynta i jordskorpan, så att bryta dem kräver att stora mängder smuts och stenar flyttas. Hård stenbrytning - så kallad för att den avser utgrävning av hårda mineraler, inte mjukare material som kol eller tjärsand - genererade intäkter på 600 miljarder dollar över hela världen 2017.

Trump -administrationen har återupplivat flera kontroversiella gruvförslag som tidigare blockerats eller dödats. De inkluderar Pebble Mine vid utloppen i Alaskas Bristol Bay och uthyrning kring Minnesota's Boundary Waters Canoe Area Wilderness. Det godkände också en stor koppargruva i södra Arizona, som därefter blockerades av ett domstolsbeslut.

Jag studerar människoförändrade landskap, inklusive områden som påverkas av gruvor. Gruvdrift är stora källor till vattenföroreningar och kan orsaka problem som kvarstår i generationer. Deras globala fotavtryck omformar också direkt betydande delar av jordens topografi, lämnar outplånliga bevis på mänsklig närvaro.

Gräver djupt och brett

På de flesta platser, koncentrationer av koppar, guld och andra element är för låga för att extraheras lönsamt. Men på vissa ställen förekommer de i sömmar av brytbara, högkoncentrerade mineraler som kallas malmer. Den ekonomiskt hållbara koncentrationen av ett mineral beror till stor del på dess marknadspris. Guldmalm kan vara livskraftig vid koncentrationer så låga som 0,0001%, medan koppar blir oekonomiskt under 0,5%.

För att nå dessa insättningar under jorden, gruvarbetare tunnel, gräva upp gropar eller skrapa genom jordens yta. Valet av teknik beror på faktorer inklusive hur konsoliderad malmen är, den geologiska inställningen och malmens djup.

Djupa gruvor stör den minsta mängden mark, men är i sig farligare för gruvarbetare. Långt under jordens yta, besättningar riskerar ständigt att stöta på giftiga gasångor eller inaktuell luft utan livgivande syre. Andra faror inkluderar jordbävningar och utrustningsfel. År 2010, 33 chilenska gruvarbetare tillbringade över två månader fångade under jorden i en kopparguldgruva efter att en ramp kollapsade, men i slutändan räddades.

Ökad internationell betoning på gruvsäkerhet och förändringar i teknik och malmkvalitet har föranlett en övergång från djupbrytning till gruvgruvor eller ytgruvor, som kommer åt malmer från det fria. Gropgruvor kan vara upp till tre fjärdedels mil djupa, men täcker vanligtvis mindre än 20 kvadratkilometer. I kontrast, ytgruvor sträcker sig vanligtvis mindre än 1, 000 fot in i jordskorpan, men kan sträcka sig över hundratals kvadratkilometer.

Surt vatten

Tillgång till malm innebär vanligtvis att spränga isär berggrunden, ta bort den från skaftet eller gropen och lagra avfallsmaterial i närheten efter att malmen har extraherats. I dessa högar av lös sten, känd som förstöringshögar, tidigare nedgrävda råmineraler utsätts för luft eller vatten. Svavelrika föreningar i berget reagerar med syre och vatten, producerar svavelsyra, som kan sänka pH i närliggande strömmar till nivåer som är jämförbara med citronsaft eller ättika.

I värsta fall denna process, känd som sur gruvdränering, kan döda de flesta inhemska vattenlevande organismer. Om sur dränering når grundvattnet, det kan bestå i årtionden eller århundraden och starta en kaskad av andra effekter som försämrar vattenkvaliteten i lokala flodnät.

När sur gruvdränering sänker en vattens pH, andra metaller kan också börja smälta ur mineraler i förstöringshögar, gruvaxlar eller angränsande jordar, läckage i mark och grundvatten som skär dessa områden. Detta skapar vatten med ökade nivåer av kadmium, koppar, bly och andra tungmetaller, som är skadliga för vatteninsekter, fisk och människors hälsa.

Dessa effekter kan transporteras långt nedströms och pågå i generationer. Gamla och övergivna gruvor runt om i världen har skadat vattenkvaliteten långt efter att gruvdriften har upphört. Deras effekter kan komma som långsiktigt långsamt läckage, eller som plötsliga utsläpp som 2015 Gold King -utsläppet nära Silverton, Colorado, som släppte ut tre miljoner liter av avloppsvatten och skräp i floden Animas.

Enligt U.S. Government Accountability Office, det finns minst 161, 000 övergivna platser för hårdrockgruvor i USA:s väst och Alaska. Av dessa, minst 33, 000 har förorenat vattentillförsel eller lämnat högar med gruvavfall förorenat med arsenik bakom sig.

Ändra planetens form

Gruvverksamheten har också lämnat tusentals kvadratkilometer mark förändrad. I vissa fall, särskilt bergstoppsborttagning, hela markformer omformas permanent. Under årtusenden konfigurerades planetens yta av de långsamma geologiska processerna av vind och regn. I kontrast, gruvdrift förändrar själva geologin, topografi, hydrologi och ekologi för platser inom år eller decennier.

Dessa rörliga aktiviteter representerar den typ av effekt som har fått många miljöforskare att argumentera för att vår planet har gått in i en ny geologisk epok-Antropocen-där mänskliga val har större inverkan på jorden än rent naturliga processer. Landskapsutvecklingen rör sig i mycket långsamma cykler, så dessa topografiska och geologiska effekter kan pågå mycket längre än gruvdriftens effekter på vattenkvaliteten. Och eftersom geologiska processer är långsamma, vetenskapsmän vet inte hur dessa landskap kommer att avvika eller konvergera i deras framtida utveckling.

Väsentligt och knappt

Liksom olje- och gasproducenter, gruvföretag måste kämpa med att produkterna de söker är knappa, och lätt utdragbara pooler har redan tappats, vilket leder till minskad malmkvalitet. Men efterfrågan på dessa metaller fortsätter att öka.

Snabb expanderande grön energi kommer att kräva extraktion av stora mängder sällsynta jordartsmetaller för att driva vindkraftverk, elbatterier och solpaneler. Mobiltelefoner, datorer, kameralinser och andra varor innehåller också dessa material.

Ekonomiska krav leder till att företag fortsätter att driva på nya gruvor, antingen i USA eller utomlands, där miljökontrollerna kan vara svagare Och nya projekt kommer sannolikt att flytta mer sten, förbrukar mer energi och har längre varaktiga effekter än de som föregick dem.

Säkerställa att gruvdriften är föremål för effektiv tillsyn och långsiktig övervakning, och att företag hålls ansvariga för miljöskador, är en långsiktig utmaning varhelst gruvdrift sker. Det bästa sättet att helt undvika de komplikationer som kommer från att bryta fler mineraler är att minska konsumtionen av dem, göra gruvprocesser mer effektiva och göra det mer ekonomiskt att återvinna industrimaterial och sällsynta jordartsmetaller.

Denna artikel publiceras från The Conversation under en Creative Commons -licens. Läs originalartikeln.