En banbrytande ny studie som nyligen publicerades i tidskriften Earth's Future och ledd av forskare vid University of Massachusetts Amherst i samarbete med University of Alaska Anchorage, är den första som utförligt redogör för den hydrologiska effekten av litiumbrytning. Eftersom litium är nyckelkomponenten i litiumjonbatterierna som är avgörande för övergången från fossila bränslen till grön energi, är det avgörande att till fullo förstå hur man ansvarsfullt skaffar det dyrbara elementet.

Tidigare studier har inte behandlat två av de viktigaste faktorerna för att avgöra om litium erhålls på ett ansvarsfullt sätt:åldern och källan till vattnet litiumet finns i. Denna första studie i sitt slag är resultatet av mer än ett decennium av forskning, och det tyder på att totalt Vattenanvändningen i Salar de Atacama överstiger dess återförsörjning – även om, som teamet också påpekar, effekten av själva litiumbrytningen är relativt liten. Litiumbrytning står för mindre än 10 % av sötvattenanvändningen och dess utvinning av saltlösning korrelerar inte med förändringar i vare sig ytvattenegenskaper eller bassängvattenlagring.

Litium, säger David Boutt, professor i geovetenskap vid UMass Amherst och en av tidningens medförfattare, är ett märkligt element. Det är den lättaste av metallerna, men den gillar inte att vara i fast form. Litium tenderar att förekomma i lager av vulkanisk aska, men det reagerar snabbt med vatten. När regn eller snösmältning rör sig genom asklagren läcker litium ut i grundvattnet och rör sig nedåt tills det lägger sig i en platt bassäng där det förblir i lösning som en saltblandning av vatten och litium. Eftersom denna saltlösning är mycket tät, lägger den sig ofta under fickor av färskt ytvatten, som flyter ovanpå den litiumrika vätskan nedanför. Dessa sötvattenlaguner blir ofta tillflyktsorter för unika och ömtåliga ekosystem och ikoniska arter som flamingos.

Mer än 40 procent av världens beprövade litiumfyndigheter finns i Salar de Atacama, en massiv, torr chilensk saltlägenhet som omfattar cirka 850 kvadratkilometer, och platsen för forskningen. Salar de Atacama är värd för ett antal ekologiskt unika naturreservat och är också förfädershemmet för flera Atacameños ursprungsbefolkningar, som UMass-teamet arbetade med. Eftersom saltslätterna är så ekologiskt känsliga och beroende av knappa tillgångar på färskvatten, riskerar användningen av vatten i Salar de Atacama att störa både den ekologiska hälsan i regionen och de inhemska livsstilarna.

Ändå har det hittills inte funnits någon heltäckande metod för att mäta vattenanvändning eller litiumbrytningens påverkan i Salar de Atacama.

Komplex hydrologi i chilensk saltplatta

"För att förstå miljöeffekten av litiumbrytning", säger Brendan Moran, en postdoktor i geovetenskap vid UMass Amherst och huvudförfattaren till artikeln, "måste vi förstå hydrologin i regionen där litiumet finns. Att hydrologi är mycket mer komplex än vad tidigare forskare har gett den äran för."

För att illustrera komplexiteten och den tidigare missuppfattningen om Salar de Atacamas hydrologi, använder Moran och Boutt metaforen om ett bankkonto. Föreställ dig att du får en lön varje månad; när du går för att balansera ditt checkhäfte, så länge dina månatliga utgifter inte överstiger din månadsinkomst, är du ekonomiskt hållbar. Tidigare studier av Salar de Atacama har antagit att den sällsynta nederbörden och säsongsbetonade avrinning från bergskedjorna som ringar den var ensam ansvarig för vattennivåerna i saltslätterna, men det visar sig att antagandet är felaktigt.

Med hjälp av en mängd olika vattenspårare som kan spåra vägen som vattnet tar på sin väg till Salar de Atacama såväl som medelåldern för vatten i olika vattenförekomster, inklusive ytvatten och akviferer under ytan, upptäckte Moran och hans kollegor att Även om det är lokaliserat är den senaste tidens nederbörd av avgörande betydelse, mer än hälften av sötvattnet som matar våtmarkerna och lagunerna är minst 60 år gammalt. "Eftersom dessa regioner är så torra och grundvattnet så gammalt", säger Moran, "svarar det övergripande hydrologiska systemet mycket långsamt på förändringar i klimat, hydrologi och vattenanvändning." Samtidigt kan kortsiktiga klimatförändringar, såsom den senaste tidens stora torka och extrema nederbördshändelser, orsaka betydande och snabba förändringar av ytvattnet och de ömtåliga livsmiljöer de upprätthåller. Med tanke på att klimatförändringarna sannolikt kommer att orsaka allvarligare torka över regionen, kan det ytterligare stressa områdets vattenbudget.

För att återgå till redovisningsmetaforen blir lönechecken troligen mindre och kommer inte varje månad, utan under en period på minst 60 år, vilket innebär att forskare måste övervaka vattenanvändningen på en mycket längre tidsskala än vad de gör för närvarande , samtidigt som man uppmärksammar stora händelser, som torka, i regionen.

Komplett hydrologisk övervakning kräver ytterligare verktyg parade med dessa geokemiska spårämnen. UMass- och UAA-teamen använde vattenanvändningsdata från den chilenska regeringen och satellitbilder, vilket gjorde det möjligt för dem att bedöma den förändrade omfattningen av våtmarker under de senaste 40 åren, regnmätare och satellitmätningar för att fastställa förändringar i nederbörd under samma period.

Med tanke på hur lång tid det tar för grundvatten att röra sig inom bassängen, "Effekterna av överanvändning av vatten kan fortfarande ta sig igenom systemet och måste övervakas noggrant", säger Moran, "potentiella effekter kan vara decennier in i framtiden ."

I slutändan är detta omfattande ramverk, som finansierades av BMW Group och BASF, tillämpligt långt utanför Salar de Atacama. "Det är ett modernt synsätt på vattenförvaltning", säger Boutt.