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

Immaginate il sottosuolo della Terra come una gigantesca spugna invisibile. A volte, questa spugna si imbeve di sostanze cattive — prodotti chimici, metalli pesanti o rifiuti tossici — che non vogliamo che si diffondano nelle nostre acque potabili o nei nostri fiumi. Gli scienziati che studiano questo fenomeno sono come detective che cercano di capire come costruire un muro dentro quella spugna per impedire al veleno di muoversi. Uno dei loro strumenti preferiti è un "muro di intercettazione" (cutoff wall), che è fondamentalmente una recinzione verticale profonda fatta di fango e sabbia scavata direttamente nel terreno. L'obiettivo è semplice: rendere il muro così stretto e appiccicoso da far sì che la sostanza cattiva rimanga attaccata ad esso o non riesca a passare attraverso i minuscoli fori. Ma ecco la parte complicata: alcuni veleni, come il mercurio, sono subdoli. Possono cambiare forma, attaccarsi alle cose in modi strani o persino divorare certi tipi di fango. Quindi, la grande domanda per gli ingegneri è: se costruiamo un muro fatto di terra e argilla locale, riuscirà davvero a trattenere il mercurio, o il mercurio scivolerà attraverso di esso come l'acqua attraverso un setaccio?

Questo articolo riguarda il test di una specifica ricetta per quel muro sotterraneo, per vedere se può catturare il mercurio, il metallo pesante spesso usato dai piccoli minatori per separare l'oro dalla terra. I ricercatori erano preoccupati perché il mercurio proveniente da questi siti minerari è tossico e non scompare; resta semplicemente lì, in attesa di infiltrarsi nelle nostre acque. Volevano sapere se una miscela di sabbia locale e un tipo speciale di argilla chiamato bentonite potesse agire come una barriera supereroica. Non si sono limitati a indovinare; hanno costruito versioni in miniatura di questi muri in laboratorio e hanno pompato acqua contenente mercurio attraverso di essi per mesi per vedere cosa sarebbe successo.

La storia inizia con un problema: in molti luoghi, i minatori d'oro usano il mercurio per trovare l'oro, e l'acqua fangosa residua (tailings) viene spesso scaricata direttamente nel terreno o nei fiumi. Questo mercurio è un incubo perché è un metallo pesante che non si decompone. Invece, cambia forma, assumendo forme diverse, alcune delle quali sono super tossiche e possono accumularsi nei pesci e nelle persone, causando gravi danni al cervello e al corpo. Per fermare questo, gli ingegneri costruiscono spesso "muri di intercettazione": trincee profonde riempite con una miscela densa e semiliquida di suolo e bentonite. Pensate alla bentonite come a una spugna super assorbente che si gonfia quando si bagna, riempiendo tutti i piccoli spazi nella sabbia per creare una sigillatura ermetica. Di solito, questi muri sono progettati per impedire all'acqua di fuoriuscire facilmente, ma la grande domanda qui era: possono fermare il mercurio?

I ricercatori di questo studio hanno deciso di testare una miscela composta da materiali trovati proprio in Colombia. Hanno preso sabbia locale e l'hanno mescolata con un tipo locale di argilla bentonite. Sapevano che questa argilla locale non era "super" come la famosa bentonite del Wyoming usata negli Stati Uniti, quindi hanno dovuto usarne una quantità maggiore — circa il 15,3% della miscela totale, molto più del solito 5% o 6%. Si sono assicurati che questa miscela fosse abbastanza densa da impedire all'acqua di fluire facilmente, puntando a una velocità tale per cui l'acqua avrebbe impiegato un tempo infinito per passare (meno di 1×10⁻⁷ cm/s). Una volta pronta la loro "parete di fango", hanno iniziato il vero test.

Hanno allestito un tubo flessibile riempito con la loro miscela di sabbia e bentonite e hanno iniziato a pompare acqua contenente mercurio attraverso di esso. Hanno eseguito due test diversi. Nel primo, hanno usato acqua con una bassa quantità di mercurio (27 parti per miliardo) e l'hanno lasciata scorrere per circa quattro mesi. Nel secondo test, hanno aumentato la pressione e usato acqua con una concentrazione di mercurio più alta (300 parti per miliardo) per vedere se il muro avrebbe retto sotto sforzo. Hanno controllato l'acqua che usciva dall'altro lato per vedere quanto mercurio fosse passato.

I risultati sono stati piuttosto entusiasmanti. Il muro ha svolto il suo compito perfettamente per quanto riguarda l'acqua; è rimasto compatto e non ha avuto perdite. Ma la parte relativa al mercurio è stata ancora più interessante. Quando hanno controllato l'acqua emersa dall'altro lato, quasi nulla del mercurio era passato. Nel primo test, il muro ha trattenuto circa il 94,6% del mercurio e nel secondo il 97,6%. Ciò significa che se aveste avuto un secchio di acqua con mercurio, il muro ne avrebbe trattenuto quasi tutto, lasciandone scappare solo una goccia minuscola.

Ecco la parte interessante: i ricercatori hanno scoperto come il muro ha catturato il mercurio. Si aspettavano che il mercurio scorresse semplicemente lentamente (come l'acqua in un tubo) o si diffondesse casualmente (come l'inchiostro nell'acqua). Invece, i dati hanno mostrato che nessuna di queste due cose era la ragione principale per cui il mercurio si era fermato. Al contrario, il mercurio sembrava essersi "incastrato" alle particelle di argilla, come il velcro. Gli scienziati chiamano questo processo "sorzione". È come se l'argilla avesse un'attrazione magnetica per il mercurio, afferrandolo e tenendolo stretto affinché non possa muoversi. Anche dopo che l'acqua era fluita, il mercurio è rimasto indietro, intrappolato nel fango.

Hanno anche esaminato il muro dopo il test per vedere se il mercurio avesse danneggiato l'argilla o cambiato la sua struttura. Hanno utilizzato microscopi potenti e scanner chimici per guardare dentro la miscela. Hanno scoperto che l'argilla è cambiata un po' all'inizio — alcuni sali si sono dissolti perché l'acqua era un po' alcalina — ma si è stabilizzata rapidamente. Il muro non si è crepato, né si è sbriciolato o è caduto a pezzi. Infatti, il mercurio sembrava essersi legato alla struttura chimica dell'argilla (specificamente ai legami silicio-ossigeno), il che spiega perché sia rimasto così ben attaccato.

Una cosa che l'articolo chiarisce molto bene è ciò che non è accaduto. Il mercurio non è semplicemente passato attraverso il muro, e non si è diffuso lentamente come un gas. La ragione principale per cui si è fermato è stata l'attacco dell'argilla. Inoltre, il muro non si è degradato o ha perso la sua capacità di bloccare l'acqua, anche dopo essere stato immerso nel mercurio per mesi.

Tuttavia, gli autori fanno attenzione a non dire che si tratti di una cura magica per tutto. Puntano il dito sul fatto che, sebbene il muro sia ottimo nel trattenere il mercurio in posizione, non lo rimuove dalla terra. È più simile a una zona di contenimento, una prigione per il veleno. Notano anche che questo è stato testato in un laboratorio con acqua pulita e quantità specifiche di mercurio. Nel mondo reale, l'acqua potrebbe avere altre sostanze chimiche mescolate che potrebbero interferire con la capacità del muro di catturare il mercurio. Quindi, sebbene i risultati suggeriscano che questa miscela di sabbia e argilla locale sia un materiale molto promettente per costruire barriere attorno ai siti minerari, non è ancora una soluzione definitiva. Sono necessari ulteriori test per vedere come gestisce la realtà disordinata e complicata dei veri scarti minerari.

In conclusione, questo studio dimostra che non è sempre necessario utilizzare materiali costosi e importati per combattere l'inquinamento. Usando sabbia locale e un po' più di argilla locale, si può costruire un muro che agisca come una trappola appiccicosa per il mercurio, impedendogli di avvelenare le nostre acque. È un risultato incoraggiante per i luoghi dove l'estrazione dell'oro ha lasciato un'eredità tossica, offrendo un modo per costruire una recinzione attorno al problema e impedirne la diffusione.