山火事による水文学の変化は、レガシー鉱山の廃棄物からヒ素と金属を動員する

Wildfire-driven changes in hydrology mobilize arsenic and metals from legacy mine waste.

• Sheila F Murphy
• R Blaine McCleskey
• Deborah A Martin
• JoAnn M Holloway
• Jeffrey H Writer

抄録

鉱業が行われた流域で発生した山火事は、下流の水供給に独特のリスクをもたらす。コロラド州ボルダー近郊の山火事では、80～160年前に発生した採掘撹乱から回復した森林流域が焼失したため、1）山火事後5年間の焼失地域の排水路におけるヒ素と金属の汚染を評価し、2）ヒ素と金属を表流水に運搬する火事の影響を受けた水文学的な推進要因を特定することができた。焼失地域から排出された円周中性水域では、ほとんどの金属濃度が低かった。焼失地域の下流の小川から採取された水と土砂は、火災後の暴風雨の間と後にヒ素濃度が上昇していた。鉱山関連の堆積物が、河川へのヒ素の主な供給源であった。火災後の浸透に比べて陸地の流れの割合が増加したことで、ヒ素や金属を多く含む表層堆積物が、山火事の灰や土壌とともに、焼失地域内や下流の河川に移動した。この物質が河道に沈着したことで、火災後5年間の調査期間中、ヒ素が再固定化された。また、火災後の地下水の流れが増加したことで、地下鉱山の坑内に露出したヒ素含有鉱物と水との接触が増加した可能性もある。他の研究では、山火事灰が表層水へのヒ素および金属の重要な供給源となる可能性があることが報告されているが、本研究では山火事灰はヒ素の主要な供給源ではなかった。歴史的な鉱山が広く分散している米国西部地域では、山火事の頻度、規模、強度の増加が予測されており、レガシー鉱山と山火事後の水文応答が交錯することで、水供給のリスクが増大していることを示唆している。

Wildfires burning in watersheds that have been mined and since revegetated pose unique risks to downstream water supplies. A wildfire near Boulder, Colorado, that burned a forested watershed recovering from mining disturbance that occurred 80-160 years ago allowed us to 1) assess arsenic and metal contamination in streams draining the burned area for a five-year period after the wildfire and 2) determine the fire-affected hydrologic drivers that convey arsenic and metals to surface water. Most metal concentrations were low in the circumneutral waters draining the burned area. Water and sediment collected from streams downstream of the burned area had elevated arsenic concentrations during and after post-fire storms. Mining-related deposits were the main source of arsenic to streams. An increased proportion of overland flow relative to infiltration after the fire mobilized arsenic- and metal-rich surface deposits, along with wildfire ash and soil, into streams within and downstream of the burned area. The deposition of this material into stream channels resulted in the remobilization of arsenic for the five-year post-fire study period. It is also possible that enhanced subsurface flow after the fire increased contact of water with arsenic-bearing minerals exposed in underground mine workings. Other studies have reported that wildfire ash can be an important source of arsenic and metals to surface waters, but wildfire ash was not a major source of arsenic in this study. Predicted increases in frequency, size, and intensity of wildfires in the western U.S., a region with widely dispersed historical mines, suggest that the intersection of legacy mining and post-wildfire hydrologic response poses an increasing risk for water supplies.

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