En aluminiumsfane fra en drinks kan fundet indkapslet i en ny form for klippe på den cumbriske kystlinje har bidraget til at give forskere en chokerende ny indsigt i virkningen af menneskelig aktivitet på jordens naturlige processer og materialer.
Forskere fra University of Glasgow har fundet, at Slagge, et industrielt affaldsprodukt produceret af stålindustrien, bliver til solid klippe på så lidt som 35 år.
Finding udfordrer århundreder med forståelse af planetens geologiske processer, hvor forskning har vist, at rock danner naturligt over millioner af år.
Forskerne har for første gang dokumenteret en ny “Rapid Anthropoclastic Rock Cycle”, der efterligner naturlige rockcyklusser, men involverer menneskeligt materiale over accelererede tidsskalaer. De mener, at cyklussen sandsynligvis vil være i gang på lignende industrielle steder over hele kloden.
Holdet advarer om, at den hurtige og ikke-planlagte udvikling af rock omkring industrielle affaldssteder kan have negative indvirkninger på økosystemer og biodiversitet samt kyststyring og jordplanlægning.
I et papir, der er offentliggjort i tidsskriftet GeologiForskerne forklarer, hvordan detaljeret analyse af en 2 kilometer lang strækning af slaggaflejring i Derwent Howe i West Cumbria førte til deres opdagelse af en ny jordsystemcyklus.
Derwent Howe var hjemsted for jern- og stålfremstillingsstøberier i det 19. og 20. århundrede, og dens kyst akkumulerede 27 millioner kubikmeter ovnslag i løbet af sin industrielle historie.
Slagdeaflejringerne har dannet klipper af affaldsmateriale, der eroderet af kystbølger og tidevand. Holdet bemærkede spændende uregelmæssige formationer i klipperne og begyndte at foretage detaljerede observationer på 13 steder på tværs af forstrand.
Labforsøg ved anvendelse af elektronmikroskopi, røntgenstrålediffraktion og Raman-spektroskopi hjalp dem med at bestemme, at Derwent Howes slaggmaterialer indeholder aflejringer af calcium, jern og magnesium og mangan. Disse elementer er meget kemisk reaktive, hvilket er nøglen til at forårsage den accelererede proces med stendannelse.
Når slaggen er eroderet af havet, udsætter det materialet for havvand og luft, der interagerer med slaggens reaktive elementer for at skabe naturlige cementer, herunder kalsit, goethite og brucit. Disse cement er de samme materialer, der binder naturlige sedimentære klipper sammen, men de kemiske reaktioner får processen til at ske meget hurtigere, end vi har antaget for lignende materialer i en naturlig klippecyklus.
Dr. Amanda Owen fra University of Glasgow’s School of Geographical and Earth Sciences er papirets tilsvarende forfatter. Dr. Owen sagde, “I et par hundrede år har vi forstået rockcyklussen som en naturlig proces, der tager tusinder til millioner af år.
“Det, der er bemærkelsesværdigt her, er, at vi har fundet, at disse menneskeskabte materialer indarbejdes i naturlige systemer og bliver lithificeret-i det væsentlige at blive til sten-i løbet af årtierne i stedet. Det udfordrer vores forståelse af, hvordan en klippe dannes, og antyder, at det affaldsmateriale, vi har produceret i at skabe den moderne verden, vil have en uigenkaldelig indflydelse i vores fremtid.”
Holdets laboratorieanalyse blev styrket af den overraskende afdækning af moderne materialer fanget i nogle af deres prøver, hvilket hjalp dem med at udlede, hvor længe litificeringen af slaggen havde taget.
“Vi var i stand til at datere denne proces med bemærkelsesværdig præcision,” sagde Dr. John Macdonald, en medforfatter til undersøgelsen. ”Vi fandt, at både en King George V -mønt fra 1934, og et aluminium kan fanen med et design, som vi indså, at vi ikke kunne have været fremstillet før 1989 indlejret i materialet.
“Dette giver os en maksimal tidsramme på 35 år for denne rockedannelse, godt i løbet af en enkelt menneskelig levetid. Dette er et eksempel i mikrokosmos af, hvordan al den aktivitet, vi foretager på jordoverfladen, til sidst ender i den geologiske rekord som rock, men denne proces sker med en bemærkelsesværdig, hidtil uset hastighed.”
Dr. David Brown, papirets tredje medforfatter, sagde: “Slag indeholder alle de elementer, det har brug for for at blive til klippe, når det udsættes for havvand og luft, så jeg synes, det er meget sandsynligt, at dette samme fænomen sker ved ethvert lignende slaggaflejring langs en relativt udsat kystlinje med en vis bølgeforhold overalt i verden.
“Stålsplagaffald er et globalt fænomen, og som vi har dokumenteret, når alkalisk mine affald udsættes for vand og luft, er der potentiale for cementering af løs materiale.”
Resultaterne repræsenterer det første fuldt dokumenterede og daterede eksempel på den komplette hurtige antropoklastiske klippecyklus, der forekommer på land. I papiret bemærker teamet, at en lignende proces tidligere var blevet observeret i Gorrondatxe -kystsystemet nær Bilbao, Spanien. Imidlertid var forskere der ikke i stand til at bestemme, hvor længe processen var i gang på grund af det affald, der blev deponeret i havet, før de blev returneret til stranden.
Dr. Owen tilføjede, “Når affaldsmateriale først deponeres, er det løs og kan flyttes rundt efter behov. Hvad vores fund viser er, at vi ikke har så meget tid, som vi troede at finde et sted at sætte det, hvor det vil have minimal indflydelse på miljøet – i stedet har vi måske et spørgsmål om bare årtier, før det bliver til rock, hvilket er meget mere vanskeligt at styre.
“On coasts like Derwent Howe, the process of lithification has turned a sandy beach into a rocky platform very, very quickly. That rapid appearance of rock could fundamentally affect the ecosystems above and below the water, as well as change the way that coastlines respond to the challenges of rising sea levels and more extreme weather as our planet warms. Currently, none of this is accounted for in our models of erosion of land management, which are key to helping us try to adapt til klimaændringer.
“Vi søger i øjeblikket yderligere finansiering til at hjælpe med at støtte yderligere forskning på andre slaglagindskud på tværs af Europa, hvilket vil hjælpe med at uddybe vores forståelse af denne nye hurtige antropoklastiske rockcyklus.”