廃鉱地域における環境コンパートメント間の微量元素の移動のモデル化

Modelling the Transference of Trace Elements between Environmental Compartments in Abandoned Mining Areas.

• Fernando Barrio-Parra
• Miguel Izquierdo-Díaz
• Luis Jesús Fernández-Gutiérrez Del Álamo
• Bárbara Biosca
• Eduardo De Miguel

抄録

廃鉱地域における地表流出による汚染物質の優先的な移動経路を予測するために、一般に公開されているセルオートマトンが開発された。汚染物質移動セルラーオートマトン（CMTCA）の結果の検証が行われた場所は、スペイン北西部アストゥリアス地方の谷の急斜面に位置しており、その麓には人口400人の村があり、村のすぐ外側を大きな川に注ぐ小川に囲まれている。土壌サンプルは、鉱山の坑口と廃棄物処理場がある急峻な谷の斜面、谷のふもと、そして個人の果樹園を含む村の中から採取された。水と土砂のサンプルも両方の表層水域から採取した。Cu-Co-Ni鉱石に関連するものを含む12元素の濃度をICP-OES（Perkin Elmer Optima 3300DV, Waltham, MA, USA）およびICP-MS（Perkin Elmer NexION 2000, Waltham, MA, USA）で分析した。モデルの結果を空間的に表現したところ、CMTCAによると、ソースゾーンからの土壌物質が交差する可能性が高い地域は、他の地域よりも高い汚染指数を示していることがわかりました。また、モデルは、河川への土壌物質の移動の確率が最も高い場所を予測した。この予測の精度は、河川堆積物中の微量元素濃度の結果からも裏付けられており、鉱物パラジェネシスに関連する元素（Cu, Co, Ni, As）については、予測された主な移行地点から下流で5～9倍に増加していた。最後に、河川が流出する河川もまた、鉱山物質の動員の影響を受けており、河川と河川の合流点の上流と下流では、同じ元素の溶存濃度が最大700％（Cuの場合）増加していることが明らかになった。

An openly accessible cellular automaton has been developed to predict the preferential migration pathways of contaminants by surface runoff in abandoned mining areas. The site where the validation of the results of the Contaminant Mass Transfer Cellular Automaton (CMTCA) has been carried out is situated on the steep flank of a valley in the Spanish northwestern region of Asturias, at the foot of which there is a village with 400 inhabitants, bordered by a stream that flows into a larger river just outside the village. Soil samples were collected from the steep valley flank where the mine adits and spoil heaps are situated, at the foot of the valley, and in the village, including private orchards. Water and sediment samples were also collected from both surface water courses. The concentration of 12 elements, including those associated with the Cu-Co-Ni ore, were analyzed by ICP-OES (Perkin Elmer Optima 3300DV, Waltham, MA, USA) and ICP-MS (Perkin Elmer NexION 2000, Waltham, MA, USA). The spatial representation of the model's results revealed that those areas most likely to be crossed by soil material coming from source zones according to the CMTCA exhibited higher pollution indexes than the rest. The model also predicted where the probabilities of soil mass transfer into the stream were highest. The accuracy of this prediction was corroborated by the results of trace element concentrations in stream sediments, which, for elements associated with the mineral paragenesis (i.e., Cu, Co, Ni, and also As), increased between five- and nine-fold downstream from the predicted main transfer point. Lastly, the river into which the stream discharges is also affected by the mobilization of mined materials, as evidenced by an increase of up to 700% (in the case of Cu), between dissolved concentrations of those same elements upstream and downstream of the confluence of the river and the stream.