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

Diep onder het aardoppervlak fungeert water als een stille reiziger, bewegend door scheuren en poriën in gesteente en bodem. In veel delen van de wereld is dit water een vitale hulpbron, maar op plaatsen waar de grond door mijnbouw is opengereten, kan de reis gevaarlijk worden. Wanneer het regent of wanneer oppervlaktewater in verlaten of actieve mijnen sijpelt, komt het in contact met kolenlagen en de gesteenten die deze vasthouden. Dit contact ontketent een chemische reactie, die het water vaak belast met opgeloste mineralen en zware metalen. Hoewel dit proces vaak wordt geassocieerd met zure mijnafvoer, is het water in deze specifieke regio niet uniform zuur; in plaats daarvan blijft het vaak neutraal tot alkalisch, terwijl het nog steeds een aanzienlijke chemische last met zich meedraagt. Deze contaminatie kan een heldere stroom transformeren tot een gevaarlijke stroom, wat de gezondheid van gemeenschappen en de stabiliteit van het lokale ecosysteem bedreigt. Het begrijpen van exact hoe dit gebeurt, en het meten van de omvang van de schade, is essentieel voor het beschermen van het water waarop mensen vertrouwen voor hun drinkwater en dagelijks leven.

In het Bastacolla-gebied van de Jharia Coalfield in Oost-India zetten onderzoekers zich in om deze onzichtbare reis van contaminatie te traceren. Deze regio is een knooppunt van kolenwinning, waar de grond al meer dan een eeuw verstoord wordt. Het team, geleid door geologen van de Central University of Jharkhand, richtte zich op de vraag hoe waterinfiltratie — het sijpelen van oppervlaktewater in de grond — de kwaliteit van de lokale watervoorraad verandert. Ze verzamelden water uit diverse bronnen, waaronder open putten, boorgaten en pompen die water rechtstreeks uit de mijnen halen. Door deze monsters in een laboratorium te testen, wilden ze de chemische veranderingen in kaart brengen die optreden wanneer water door het gebroken landschap van het kolenveld beweegt. Hun doel was niet alleen om vervuilers op te sommen, maar om de specifieke processen te begrijpen die het water degraderen en om te bepalen of het veilig blijft voor menselijk gebruik.

De analyse onthulde een landschap waar het water aanzienlijk is veranderd door het contact met de aarde eronder. De onderzoekers vonden dat het water rijk is aan opgeloste vaste stoffen, met niveaus van totaal opgeloste vaste stoffen variërend van 544 tot 969 milligram per liter, en elektrische geleidingswaarden tussen 756 en 1493 microsiemens per centimeter. Deze hoge cijfers geven aan dat het water een zware last aan mineralen opneemt terwijl het door het gesteente filtert. De chemische samenstelling van het water wordt gedomineerd door calcium, magnesium, chloride en sulfaat, een signatuur die suggereert dat het water actief carbonaatgesteenten oplost en reageert met sulfidemineralen die door de mijnbouw zijn achtergelaten. Deze chemische vingerafdruk wijst op een complexe menging van watertypes, gedreven door de gebroken geologie van het gebied en de voortdurende interactie tussen water en de verstoorde aarde.

De meest verontrustende bevindingen hebben echter betrekking op de aanwezigheid van zware metalen en de algemene veiligheid van het water voor consumptie. De studie mat verschillende toxische elementen, waaronder ijzer, mangaan, lood, cadmium en zink. De resultaten toonden aan dat de mangaanwaarden bijzonder hoog waren, variërend van 432 tot 697 microgram per liter, wat aanzienlijk boven de acceptabele limiet ligt die door de Indiase normen is vastgesteld (300 µg/L). Ook lood en ijzer overschreden in veel monsters de veilige drempelwaarden. Wanneer de onderzoekers al deze factoren combineerden in één enkele score om de algehele waterkwaliteit te beoordelen, bekend als de Water Quality Index, waren de resultaten ontnuchterend. Geen van de geteste waterbronnen werd als veilig beschouwd voor consumptie zonder uitgebreide behandeling. De helft van de bemonsteringslocaties werd beoordeeld als zijnde van "slechte" kwaliteit, terwijl meer dan een derde werd geclassificeerd als "zeer slecht". Eén specifieke locatie, gelegen nabij een ecologisch park, scoorde zo hoog op de vervuilingsschaal dat deze als volkomen ongeschikt voor drinkwater werd beschouwd.

Om de ernst van de metaalverontreiniging te begrijpen, berekende het team een Heavy Metal Pollution Index. De gemiddelde score over alle monsters duidt op een niveau van contaminatie dat een ernstig risico vormt. Twee locaties vertoonden in het bijzonder extreem hoge scores, grotendeels gedreven door verhoogde niveaus van lood en cadmium, beide zeer toxisch zelfs in kleine hoeveelheden. De onderzoekers keken ook naar hoeveel elke vervuiler de natuurlijke of veilige basislijn overschreed. Mangaan viel op als de meest significante verontreiniging, met een "aanzienlijk" niveau van vervuiling. Hoewel de totale vervuilingslast, die de impact van alle metalen samen middelt, een matig niveau van cumulatieve vervuiling suggereerde, creëert de specifieke piek in mangaan en de aanwezigheid van andere zware metalen een lokale maar ernstige dreiging.

De studie concludeert dat het water in dit gebied niet louter licht vervuild is; het is chemisch getransformeerd door het mijnbouwlandschap. De infiltratie van oppervlaktewater in de mijngangen versnelt de vrijgave van mineralen en mobiliseert zware metalen uit het omliggende gesteente. Dit proces creëert een cyclus waarbij de waterkwaliteit verslechtert naarmate het door de grond beweegt, zelfs als de pH grotendeels neutraal tot alkalisch blijft. De onderzoekers suggereren dat simpelweg wachten tot het water zichzelf reinigt geen optie is. In plaats daarvan bevelen zij actieve interventie aan, zoals het aanleggen van wetlands die metalen op natuurlijke wijze kunnen wegfilteren of het gebruik van kalksteenafvoeren om de zuurgraad te neutraliseren. Zij benadrukken ook de noodzaak van continue monitoring om bij te houden hoe de waterkwaliteit in de loop van de tijd verandert. Zonder deze maatregelen zal het water in het Bastacolla-gebied een bedreiging blijven voor de volksgezondheid, met name voor kinderen en ouderen die het meest kwetsbaar zijn voor watergerelateerde ziekten. De bevindingen dienen als een duidelijke waarschuwing dat in mijnbouwregio's de gezondheid van het water onlosmakelijk verbonden is met het beheer van het land erboven.