Hydrogeochemical impact of water infiltration on water quality of Bastacolla area of Jharia Coalfield, Jharkhand, India

Tief unter der Erdoberfläche agiert Wasser als stiller Reisender, der sich durch Risse und Poren in Gestein und Boden bewegt. In vielen Teilen der Welt ist dieses Wasser eine lebenswichtige Ressource, doch an Orten, an denen der Boden durch Bergbau aufgerissen wurde, kann seine Reise gefährlich werden. Wenn Regen fällt oder Oberflächenwasser in stillgelegte oder aktive Minen sickert, trifft es auf Kohleflöze und das Gestein, das sie hält. Dieser Kontakt löst eine chemische Reaktion aus, die das Wasser oft mit gelösten Mineralien und Schwermetallen belastet. Während dieser Prozess häufig mit saurer Grubenentwässerung in Verbindung gebracht wird, ist das Wasser in dieser spezifischen Region nicht einheitlich sauer; stattdin bleibt es oft neutral bis alkalisch, trägt aber dennoch erhebliche chemische Lasten. Diese Kontamination kann einen klaren Bach in einen gefährlichen Strom verwandeln und die Gesundheit von Gemeinschaften sowie die Stabilität des lokalen Ökosystems bedrohen. Genau zu verstehen, wie dies geschieht, und das Ausmaß des Schadens zu messen, ist entscheidend für den Schutz des Wassers, auf das Menschen für das Trinken und den täglichen Bedarf angewiesen sind.

In der Gegend von Bastacolla im Jharia-Kohlefeld im Osten Indiens setzten Forscher sich daran, diese unsichtbare Reise der Kontamination nachzuvollziehen. Diese Region ist ein Zentrum des Kohleabbaus, in dem der Boden seit über einem Jahrhundert gestört wurde. Das Team, geleitet von Geologen der Central University of Jharkhand, konzentrierte sich darauf, wie die Wasserinfiltration – das Versickern von Oberflächenwasser in den Boden – die Qualität der lokalen Wasserversorgung verändert. Sie sammelten Wasser aus verschiedenen Quellen, darunter offene Brunnen, Bohrungen und Pumpen, die Wasser direkt aus den Minen fördern. Durch die Untersuchung dieser Proben in einem Labor wollten sie die chemischen Veränderungen kartieren, die auftreten, während das Wasser durch die zerklüftete Landschaft des Kohlefeldes fließt. Ihr Ziel war es nicht nur, Schadstoffe aufzulisten, sondern die spezifischen Prozesse zu verstehen, die das Wasser verschlechtern, und zu bestimmen, ob es für die menschliche Nutzung sicher bleibt.

Die Analyse offenbarte eine Landschaft, in der das Wasser durch den Kontakt mit der Erde unter ihm signifikant verändert wurde. Die Forscher fanden heraus, dass das Wasser reich an gelösten Feststoffen ist, wobei die Werte der gesamten gelösten Feststoffe zwischen 544 und 969 Milligramm pro Liter liegen und die elektrischen Leitfähigkeitswerte zwischen 756 und 1493 Mikrosiemens pro Zentimeter schwanken. Diese hohen Zahlen deuten darauf hin, dass das Wasser beim Filtern durch das Gestein eine schwere Last an Mineralien aufnimmt. Die chemische Zusammensetzung des Wassers wird von Calcium, Magnesium, Chlorid und Sulfat dominiert – eine Signatur, die darauf hindeutet, dass das Wasser aktiv Karbonatgesteine auflöst und mit Sulfidmineralien reagiert, die durch den Bergbau hinterlassen wurden. Dieser chemische Fingerabdruck weist auf eine komplexe Mischung verschiedener Wassertypen hin, die durch die zerklüftete Geologie des Gebiets und die anhaltende Wechselwirkung zwischen Wasser und der gestörten Erde angetrieben wird.

Die besorgniserregendsten Befunde beziehen sich jedoch auf das Vorhandensein von Schwermetallen und die allgemeine Sicherheit des Wassers zum Trinken. Die Studie untersuchte mehrere toxische Elemente, darunter Eisen, Mangan, Blei, Cadmium und Zink. Die Ergebnisse zeigten, dass die Manganwerte besonders hoch waren und zwischen 432 und 697 Mikrogramm pro Liter lagen, was deutlich über dem von indischen Standards festgelegten Grenzwert (300 µg/L) liegt. Auch Blei und Eisen überschritten in vielen Proben die Sicherheitsgrenzwerte. Als die Forscher all diese Faktoren zu einem einzigen Wert kombinierten, um die allgemeine Wasserqualität zu bewerten – bekannt als Wasserqualitätsindex –, waren die Ergebnisse drastisch. Keine der getesteten Wasserquellen wurde ohne umfangreiche Aufbereitung als sicher zum Trinken eingestuft. Die Hälfte der Probenstellen wurde als „schlecht“ eingestuft, während mehr als ein Drittel als „sehr schlecht“ klassifiziert wurde. Ein spezifischer Standort, der sich in der Nähe eines ökologischen Parks befindet, erzielte einen so hohen Wert auf der Verschmutzungsskala, dass er als völlig ungeeignet für Trinkzwecke eingestuft wurde.

Um die Schwere der Metallkontamination zu verstehen, berechnete das Team einen Schwermetall-Verschmutzungsindex. Der Durchschnittswert über alle Proben hinweg deutete auf ein Kontaminationsniveau hin, das ein ernstes Risiko darstellt. Zwei Standorte wiesen insbesondere extrem hohe Werte auf, was vor allem auf erhöhte Mengen an Blei und Cadmium zurückzuführen ist, die beide selbst in geringen Mengen hochgiftig sind. Die Forscher untersuchten auch, wie sehr jeder Schadstoff den natürlichen oder sicheren Basiswert überschritt. Mangan stach als bedeutendster Schadstoff hervor und zeigte ein „beträchtliches“ Maß an Verschmutzung. Während die gesamte Schadstofflast, die die Auswirkungen aller Metalle zusammenfasst, eine moderate kumulative Verschmutzung suggerierte, erzeugt der spezifische Anstieg von Mangan und das Vorhandensein anderer Schwermetalle eine lokalisierte, aber schwere Gefahr.

Die Studie kommt zu dem Schluss, dass das Wasser in diesem Gebiet nicht lediglich leicht verschmutzt ist, sondern durch die Bergbaulandschaft chemisch transformiert wurde. Die Infiltration von Oberflächenwasser in die Minenanlagen beschleunigt die Freisetzung von Mineralien und mobilisiert Schwermetalle aus dem umliegenden Gestein. Dieser Prozess schafft einen Kreislauf, in dem sich die Wasserqualität verschlechtert, während es durch den Boden fließt, selbst wenn der pH-Wert weitgehend neutral bis alkalisch bleibt. Die Forscher legen nahe, dass es keine Option ist, einfach darauf zu warten, dass sich das Wasser selbst reinigt. Stattdessen empfehlen sie aktive Interventionen, wie etwa den Bau von Feuchtgebieten, die Metalle natürlich herausfiltern können, oder die Verwendung von Kalkstein-Drainagen, um die Säure zu neutralisieren. Sie betonen zudem die Notwendigkeit einer kontinuierlichen Überwachung, um die Veränderungen der Wasserqualität im Zeitverlauf zu verfolgen. Oh-ne diese Maßnahmen wird das Wasser in der Gegend von Bastacolla eine Bedrohung für die öffentliche Gesundheit bleiben, insbesondere für Kinder und ältere Menschen, die am anfälligsten für wasserbedingte Krankheiten sind. Die Ergebnisse dienen als klare Warnung, dass in Bergbauregionen die Gesundheit des Wassers untrennbar mit der Verwaltung des darüber liegenden Landes verbunden ist.