В течение последних 250 лет в штате Пенсильвания в США велась промышленная добыча угля. Штат был признанным центром угольной отрасли. К 1830 году город Питтсбург ежедневно потреблял более 400 тонн этого ископаемого топлива. Сжигание такого количества угля способствовало изменению климата. Кроме того, из-за отсутствия рекультивации шахт — особенно тех, которые работали до принятия природоохранных нормативных актов в 1977 году — в окружающую среду попадали едкие шахтные воды. Но, возможно, это не последнее разрушительное наследие угледобычи прошлых веков.
В исследовании, представленном на конференции GSA Connects 2025 в городе Сан-Антонио в штате Техас доктор Дороти Веспер, геохимик из Университета Западной Вирджинии, доказала, что заброшенные шахты представляют собой еще одну опасность: они продолжают интенсивно выделять CO2 даже спустя десятилетия или столетия после прекращения добычи.
В работе 2016 года Веспер и ее коллеги обнаружили, что всего 140 обследованных закрытых шахт в Пенсильвании через отходящую из выработок шахтную воду ежегодно выбрасывают в атмосферу столько же CO2, сколько небольшая угольная электростанция. Учитывая, что чиновники и ученые не знают, сколько подобных объектов в регионе на самом деле, не говоря уже о других штатах, влияние этих шахт на климат остается нерешенной проблемой. При этом не ясно как ее можно полностью решить.
Мы бы хотели иметь более полное представление о масштабах этих выбросов углекислого газа. Во многом это связано с тем, что мы даже не знаем, где находятся сбросы. И это не только Аппалачи. Это по всей стране. Это по всему миру.
Как кислая шахтная вода выделяет CO2
Рудничные воды, насыщенные серной кислотой как побочным продуктом угледобычи, разрушают известняк и другие карбонатные породы, которые залегают рядом с угольными пластами. Часть этой породы содержат древний CO2, который был изолирован миллионы лет назад, когда порода формировалась. Сернокислая вода также растворяет карбонатные породы, высвобождая карбонат-ионы (CO3)2-, которые затем превращаются в CO2 или другие формы углерода в воде. Как только вода выходит из шахты и контактирует с воздухом, присутствующий в ней CO2 может «дегазироваться» и попасть в атмосферу.
До работы Веспер выбросы CO2 в результате дегазации шахтных вод не подвергались тщательному количественному анализу. Отчасти проблема заключается в огромном количестве заброшенных шахт и в том, что они плохо каталогизированы. Часто Веспер и ее студенты пробирались через непроходимые заросли, чтобы измерить шахту, о которой им сообщили, и не находили ни входа в шахту, ни признаков того, что вода оттуда больше не течет.
Креативное измерение уровня CO2
Другая проблема заключается в том, что стандартные полевые приборы не могут измерять чрезвычайно высокие концентрации CO2, а Веспер обнаружила, что в некоторых шахтных водах содержится в 1000 раз больше углекислого газа, чем можно было бы ожидать в обычной воде. Поэтому для проведения измерений Веспер пришлось обратиться к неожиданному методу измерений.
Команда воспользовалась оборудованием для производства газированных напитков. Оно есть на заводах по розливу и на пивоварнях. Прибор для измерения уровня напитка можно переносить по цеху пивоварни и подключать к гигантским чанам, где бродит сусло. Он действительно портативный и может работать с очень высоким содержанием CO2.
Вооружившись специализированным инструментом, Веспер вместе со своими студентами и коллегами отыскивает старые шахты, чтобы измерить количество CO2, выводимого через все еще действующие дренажные системы. Результаты, полученные в некоторых шахтах, сопоставимы с количеством CO2, выделяемого гидротермальными источниками, и значительно превышают показатели воды, вытекающей из обычных природных известняковых пещер. Кроме того, количество углекислоты в каждом месте менялось в зависимости от гидрологических условий вокруг шахты.
Будущие исследования и возможности восстановления
В будущем Веспер надеется проводить измерения в большем количестве шахт в течение более длительного времени и в различных условиях, добавить в свой набор инструментов анализ уровня метана и изучить, как различные методы рекультивации могут предотвратить выброс парниковых газов из шахт в атмосферу.
Дороти Веспер считает, что даже небольшие изменения в процессе рекультивации могут иметь значение. Например, можно хранить сточные воды под землей в трубах и направлять их в близлежащие водно-болотные угодья (если они, конечно, есть).
Недавно археологи в неолитической шахте нашли останки древних женщин, которые там работали. О жуткой находке читайте в материале Hi-Tech Mail.
