Mercury Transport in a Soil-bentonite Backfill for Slurry Trench Cutoff Walls

تخيل باطن الأرض كأنه إسفنجة عملاقة غير مرئية. أحياناً، تمتص هذه الإسفنجة مواد سيئة—مواد كيميائية، أو معادن ثقيلة، أو نفايات سامة—أنواعاً لا نريدها أن تنتشر في مياه الشرب أو الأنهار لدينا. العلماء الذين يدرسون هذا الأمر يشبهون المحققين الذين يحاولون اكتشاف كيفية بناء جدار داخل تلك الإسفنجة لمنع السم من التحرك. أحد أدواتهم المفضلة هو "الجدار العازل" (cutoff wall)، وهو ببساطة سور رأسي عميق مصنوع من الطين والرمل محفور مباشرة في الأرض. الهدف بسيط: جعل الجدار محكماً ولزجاً لدرجة تجعل المواد السيئة تلتصق به أو لا تستطيع التسلل عبر الثقوب الصغيرة. لكن الجزء الصعب هنا هو أن بعض السموم، مثل الزئبق، مخادعة. يمكنها تغيير أشكالها، أو الالتصاق بالأشياء بطرق غريبة، أو حتى تآكل أنواع معينة من الطين. لذا، السؤال الكبير للمهندسين هو: إذا بنينا جداراً من التراب والطين المحلي، فهل سيصمد حقاً أمام الزئبق، أم أن الزئبق سيتسلل من خلاله ببساطة مثل الماء عبر منخل؟

هذه الورقة البحثية تدور حول اختبار وصفة محددة لهذا الجدار الموجود تحت الأرض لمعرفة ما إذا كان بإمكانه الإمساك بالزئبق، وهو المعدن الثقيل الذي يُستخدم غالباً من قبل عمال المناجم الصغيرة لفصل الذهب عن التراب. كان الباحثون قلقين لأن الزئبق الناتج عن مواقع التعدين هذه سام ولا يزول؛ بل يظل عالقاً هناك، منتظراً التسلل إلى مياهنا. أرادوا معرفة ما إذا كان خليط من الرمل المحلي ونوع خاص من الطين يسمى "البنتونيت" يمكن أن يعمل كحاجز بطل خارق. لم يعتمدوا على التخمين فحسب؛ بل بنوا نسخاً مصغرة من هذه الجدران في المختبر وضخوا مياهاً مليئة بالزئبق من خلالها لعدة أشهر لمعرفة ما سيحدث.

تبدأ القصة بمشكلة: في أماان كثيرة، يستخدم عمال المناجم الذهبية الزئبق لإيجاد الذهب، وغالباً ما يتم التخلص من المياه الطينية المتبقية (المخلفات) مباشرة في الأرض أو الأنهار. هذا الزئبق يمثل كابوساً لأنه معدن ثقيل لا يتحلل. بدلاً من ذلك، يتغير إلى أشكال مختلفة، بعضها شديد السمية ويمكن أن يتراكم في الأسماك والبشر، مما يسبب أضراراً خطيرة للدماغ والجسم. ولإيقاف ذلك، يبني المهندسون غالباً "جدران عازلة"—وهي خنادق عميقة مملوءة بخليط سميك وسائل من التربة والبنتونيت. فكر في البنتونيت كإسفنجة فائقة الامتصاص تنتفخ عندما تبتل، لتملأ جميع الفجوات الصغيرة في الرمل وتصنع سداً محكماً. عادة، تُصمم هذه الجدران لمنع تسرب الماء، لكن السؤال الكبير هنا كان: هل يمكنها منع الزئبق؟

قرر الباحثون في هذه الدراسة اختبار خليط مصنوع من مواد موجودة في كولومبيا نفسها. أخذوا رملاً محلياً وخلطوه مع نوع محلي من طين البنتونيت. كانوا يعلمون أن هذا الطين المحلي ليس "خارقاً" مثل بنتونيت وايومنغ الشهير المستخدم في الولايات المتحدة، لذا اضطروا لاستخدام كمية أكبر منه—حوالي 15.3% من الخليط الإجمالي، وهي كمية أكبر بكثير من الـ 5% أو 6% المعتادة. لقد تأكدوا من أن هذا الخليط سميك بما يكفي لمنع تدفق الماء بسهء، مستهدفين سرعة تجعل الماء يستغرق وقتاً طويلاً جداً للمرور (أقل من 1×10⁻⁷ سم/ثانية). وبمجرد تجهيز "جدار الطين" الخاص بهم، بدأ الاختبار الحقيقي.

قاموا بإعداد أنبوب مرن مملوء بخليط الرمل والبنتونيت وبدأوا بضخ مياه تحتوي على الزئبق من خلاله. أجروا اختبارين مختلفين. في الأول، استخدموا مياهاً تحتوي على كمية منخفضة من الزئبق (27 جزءاً في المليار) وتركوا الماء يتدفق لمدة أربعة أشهر تقريباً. وفي الاختبار الثاني، رفعوا الضغط واستخدموا مياهاً ذات تركيز أعلى من الزئبق (300 جزء في المليار) لمعرفة ما إذا كان الجدار سيصمد تحت الضغط. راقبوا الماء الخارج من الجانب الآخر ليروا كمية الزئبق التي نجحت في المرور.

كانت النتائج مثيرة للغاية. قام الجدار بعمله بشكل مثالي فيما يتعلق بالماء؛ فقد ظل محكماً ولم يسرب أي شيء. لكن الجزء المتعلق بالزئبق كان أكثر إثارة للاهتمام. عندما فحصوا الماء الخارج من الجانب الآخر، لم يمر تقريباً أي من الزئبق. في الاختبار الأول، أمسك الجدار بحوالي 94.6% من الزئبق، وفي الثاني، أمسك بـ 97.6%. هذا يعني أنه لو كان لديك دلو من مياه الزئبق، فإن الجدار سيحتفظ بكل شيء تقريباً، ولن يسمح إلا لقطرة ضئيلة جداً بالهروب.

إليك الجزء المذهل: اكتشف الباحثون كيف أمسك الجدار بالزئبق. توقعوا أن يتدفق الزئبق ببطء (مثل الماء في أنبوب) أو ينتشر عشوائياً (مثل الحبر في الماء). لكن البيانات أظهرت أن أياً من هذين السببين لم يكن السبب الرئيسي لتوقف الزئبق. بدلاً من ذلك، بدا أن الزئبق "علق" بجزيئات الطين، مثل مادة "الفيلكرو" (اللاصق). يطلق العلماء على هذه العملية اسم "الامتزاز" (sorption). الأمر كما لو أن الطين لديه قوة جذب مغناطيسية للزئبق، حيث يمسك به ويتمسك به بقوة ليمنعه من الحركة. حتى بعد تدفق الماء، ظل الزئبق خلفه، محبوساً في الطين.

كما نظروا في حالة الجدار بعد الاختبار لمعرفة ما إذا كان الزئبق قد ألحق ضرراً بالطين أو غير هيكله. استخدموا مجاهر قوية وماسحات كيميائية للتلصص داخل الخليط. وجدوا أن الطين تغير قليلاً في البداية—حيث ذابت بعض الأملاح لأن الماء كان قلوياً بعض الشيء—لكنه استقر بسرعة. لم يتشقق الجدار، ولم يتفتت، ولم ينهار. في الواقع، بدا أن الزئبق ارتبط بالبنية الكيميائية للطين (تحديداً روابط السيليكون والأكسجين)، وهذا يفسر سبب بقائه ملتصقاً بهذا الشكل الجيد.

هناك أمر واحد توضح الورقة البحثية فيه تماماً، وهو ما لم يحدث. لم يتدفق الزئبق ببساطة عبر الجدار، ولم ينتشر ببطء مثل الغاز. السبب الرئيسي لتوقفه هو أن الطين أمسك به. أيضاً، لم يتفكك الجدار أو يفقد قدرته على منع مرور الماء، حتى بعد شهور من النقع في الزئبق.

ومع ذلك، فإن المؤلفين حذرون من القول بأن هذا حل سحري لكل شيء. فقد أشاروا إلى أنه بينما يعد الجدار رائعاً في إبقاء الزئبق في مكانه، فإنه لا يزيل الزئبق من الأرض. إنه أشبه بمنطقة احتواء، سجن للسم. كما لاحظوا أن هذا تم اختباره في المختبر باستخدام مياه نظيفة وكميات محددة من الزئبق. في العالم الحقيقي، قد تحتوي المياه على مواد كيميائية أخرى مختلطة بها يمكن أن تعبث بقدرة الجدار على الإمساك بالزئبق. لذا، بينما تشير النتائج إلى أن خليط الرمل والطين المحلي هذا هو مادة واعدة جداً لبناء حواجض حول مواقع التعدين، إلا أنه ليس حلاً نهائياً بعد. هناك حاجة لمزيد من الاختبارات لمعرفة كيف سيتعامل مع الواقع المعقد والمربك لنفايات التعدين الفعلية.

في النهاية، تظهر هذه الدراسة أنك لست بحاجة دائماً إلى مواد باهظة الثمن ومستوردة لمحاربة التلوث. فمن خلال استخدام الرمل المحلي مع كمية أكبر قليلاً من الطين المحلي، يمكنك بناء جدار يعمل كفخ لزج للزئبق، مما يمنعه من تسميم مياهنا. إنه اكتشاف يبعث على الأمل للأماكن التي ترك فيها تعدين الذهب إرثاً ساماً، حيث يوفر طريقة لبناء سور حول المشكلة ومنع انتشارها.