Sällsynta jordartselement hittar sin väg till Colorados vattenförsörjning, drivs av klimatförändringar, finner en ny studie publicerad i tidskriften Miljövetenskap och teknik .

Sällsynta jordartsmetaller är nödvändiga komponenter i många datorer och andra högteknologiska enheter, som mobiltelefoner och hårddiskar. Men det finns en växande insikt om att de kan vara farliga i miljön även vid låga koncentrationsnivåer.

"Detta är oroande eftersom deras koncentrationer inte övervakas och det inte finns några vattenkvalitetsstandarder för dem, "säger studieförfattaren Diane McKnight, som är INSTAAR -stipendiat och ingenjörsprofessor vid University of Colorado Boulder.

Studien är den första som tittar på hur sällsynta jordartsmetaller rör sig inom en vattendelare som är rik på mineraler. Det är också det första som undersöker hur klimatförändringar, genom att förändra strömflödet och naturliga vittringsprocesser, släpper ut fler sällsynta jordartsmetaller i strömmar.

Diane McKnight har lett sina elever i undersökningar av vattenkvaliteten i Snake Rivers vattendelare i Colorado sedan 1990-talet. Deras huvudsakliga fokus har varit att mäta och observera dränering av surt berg. I denna process, bergarter som innehåller sulfidbaserade mineraler, såsom pyrit, oxideras när de utsätts för luft och vatten. Den resulterande kemiska reaktionen producerar svavelsyra och lösta metaller som järn, som rinner ut i bäckar. Surare vatten kan ytterligare lösa upp tungmetaller, som bly, kadmium, och zink, och som det visar sig kan bära sällsynta jordartsmetaller också.

"Det som verkligen styr rörligheten för sällsynta jordartsmetaller är pH. Syra läcker bokstavligen ut det ur stenarna, " säger första författaren Garrett Rue, som tog en magisterexamen genom att studera limnologi med McKnight och en efterföljande Ph.D. från CU Boulder.

Dränering av sura stenar sker naturligt i hela västra USA, med sin pyritrika geologi. Men historiska gruvor som stör stora mängder stenar och mark förstärker processen dramatiskt och orsakar vattenföroreningar nedströms.

Inom Snake Rivers vattendelare, städer som drabbats av sura gruvdränering har tvingats anpassa sig till dålig vattenkvalitet. Vissa före detta gruvstäder, som Silverton, importera vatten från avlägsna källor. Andra förlitar sig på dyra vattenreningsverk. All fisk i Snake River är lagrad, eftersom vattnet är för högt i zink för att någon inhemsk fisk ska överleva. Problemet är endemiskt i västra USA, säger Rue:"Uppåt fyrtio procent av vattnet till stora floder i väst är förorenade av någon form av sur gruva eller bergavvattning."

Snake River har gjort ett bra naturligt laboratorium för att undersöka både, eftersom Peru Creek-delen av vattendelaren var kraftigt minerad, medan Upper Snake River inte var det. Men Rue och McKnight fann att båda delarna av vattendelaren nu bidrar med betydande mängder metaller nedströms, eftersom klimatförändringarna har medfört längre somrar och mindre snö på vintrarna. Längre, lägre bäckflöden gör det lättare för metaller att läcka ut i vattendelaren, och koncentrera de metaller som annars skulle spädas ut av snösmältning.

Samma processer som innebär att fler tungmetaller letar sig in i strömmar verkar också på sällsynta jordartsmetaller. Forskarna hittade sällsynta jordartsmetaller i hela Snake River. "Vi dokumenterade ett koncentrationsintervall på ett till hundratals mikrogram per liter - flera storleksordningar högre än vad som är typiskt för ytvatten - med de högsta koncentrationerna närmast källvatten och områden som får dränering från övergivna gruvdrift, säger Rue.

De dokumenterade också att ökningar av sällsynta jordartsmetaller i Snake River motsvarade värmande sommarlufttemperaturer, och att sällsynta jordartsmetaller ackumuleras i insekter som lever i vattendrag i koncentrationer som är jämförbara med andra metaller som bly och kadmium som visat sig vara giftiga.

"Vi börjar förstå att när sällsynta jordartsmetaller hamnar i vattnet, de brukar stanna där, " säger Rue. "De tas inte bort av traditionella behandlingsprocesser heller, vilket har konsekvenser för återanvändning och har fått vissa europeiska städer att utse REE som en framväxande förorening för dricksvattenförsörjningen. Och med tanke på att Snake River rinner direkt in i Dillion Reservoir, som är Denvers största källa till lagrat vatten, detta kan vara ett bekymmer för framtiden."

Forskarna föreslår att att undersöka och investera i teknik för att återvinna sällsynta jordartsmetaller från naturliga vatten skulle kunna ge värdefulla råvaror och hjälpa till att ta itu med problemen som är förknippade med sura stenar och gruvavrinning, som kommer att förvärras när klimatet förändras.

"Sällsynta jordartsmetaller används för att tillverka många produkter. Men det mesta av utbudet kommer från Kina. Så vår regering har letat efter källor, men samtidigt har gruvdriften satt ett outplånligt märke på västerlandets vatten, "säger Rue." Om vi ​​kan skörda några av dessa material som redan kommer in i vår miljö, det kan vara värt att behandla det vattnet och återvinna dessa material samtidigt. "

"Det här problemet blir värre och vi måste ta itu med det, ", tillägger McKnight. "Om vi ​​kan lösa problemet holistiskt, vi kan ha en värdefull resurs och även tänka på klimatanpassning."