Sekundäre Prozesse in Bergbauhalden und Aufbereitungsabgängen - Steuerung von Stoffmobilität und Krustenbildung

Aufbereitungsabgänge aus dem Abbau sulfidischer Erze verursachen diverse Umweltprobleme, wie Sauerwasserbildung und Staubemissionen. Diesen Gefahren kann durch Unterstützung der Krustenbildung entgegengesteuert werden. Krusten stellen passive in-situ Behandlungsmethoden dar. Sie können den Austrag von Schwermetallen nachhaltig reduzieren. Stoffmobilitäts- und Krustenbildungsprozesse sind materialabhängig und klimatisch gesteuert. In dieser Arbeit wurden ihre steuernden Parameter untersucht. Von wesentlicher Bedeutung ist der Wasserhaushalt in einer Halde. Bei hoher Durchlässigkeit der Aufbereitungsabgänge und starken Niederschlägen ist der Flüssigkeitstransport abwärts gerichtet und es kann zur Ausschwemmung von Schadstoffen mit dem Sickerwasser kommen. Bei verdunstungsbetonten Bedingungen findet jedoch vornehmlich ein kapillarer Aufstieg von Lösungen statt, die im Oberflächenbereich der Halden verdunsten und sekundäre Phasen abscheiden. Zur Untersuchung der stattfindenden Prozesse wurde der Internbau von zwei 40 Jahre alten Halden im Freiberger Bergbaurevier (Erzgebirge) erkundet. Verschiedene Spuren und Schwermetalle sind im Oberflächenbereich der Halden angereichert worden. Als Maß für die Stärke der Krustenbildungsprozesse diente ein aus der spezifischen Oberfläche der Komponenten berechneter Oberflächen-Rauhigkeitsfaktor. Thiobacillen (T. ferrooxidans und thiooxidans) steigern die Mobilität von Zink und Kupfer, verringern durch die beschleunigte Oxidation allerdings die von Eisen. Infolgedessen können diese Bakterien zur Krustenbildung beitragen, obwohl die von ihnen etablierten pH-Bedingungen niedriger sind. Durch Einkapselung von Komponenten in neugebildeten Präzipitaten, also einer Verringerung ihrer Zugänglichkeit, kommt es faktisch zur Immobilisierung von Spuren und Schwermetallen. Im Labormaßstab wurden die in Halden herrschenden Bedingungen simuliert. Die dazu verwendeten Aufbereitungsabgänge wurden mit verschiedenen Elutionsverfahren charakterisiert. Noch besser zur Charakterisierung von Aufbereitungsabgängen sind neu entwickelte Säulenversuche geeignet. Durch Verdunstung an den offenen Säulenoberflächen wurde ein kapillarer Flüssigkeitstransport von unten nach oben erzeugt, der natürliche Verhältnisse nachbilden konnte. Es wurden Versuche zur Reproduzierbarkeit, zur Dynamik der Prozesse, zur Mobilität von sulfidischen Erzkonzentraten und zum Krustenbildungspotential verschiedener Aufbereitungsabgänge angestellt. Besondere Aufmerksamkeit wurde dem Einfluß klimatischer Parameter auf die Krustenbildung zuteil. Die Abhängigkeit der Krustenstärke von ihrer Position auf einer Halde ist eine Folge der unterschiedlichen ‚Angriffsflächen‘, die klimatischen Größen, wie Luftbewegungen, geboten werden. Bei Erhöhung der Windstärke konnte in Säulenversuchen bis zu einem bestimmtem Grad eine Steigerung der Krustenbildung erzielt werden. Diese Steigerung war limitiert, da bei zu hoher Windstärke die Verdunstungsrate derart anwuchs, daß der kapillare Transport abriß. Auch durch erhöhte Temperatur wurde die Verdunstung verstärkt, was wiederum den kapillaren Flüssigkeitstransport bis zu dem Punkt steigerte, an welchem die Säulenoberfläche austrocknete, weil die Transportkapazität der Kapillaren nicht mehr den Flüssigkeitsbedarf decken konnte. Neben der absoluten Menge an Niederschlag ist seine zeitliche Verteilung für Stoffmobilität und Krustenbildung ausschlaggebend. Bei kontinuierlicher Beregnung kommt es nicht zur oberflächlichen Krustenbildung, da eine abwärts gerichtete Flüssigkeitsbewegung etabliert wird. Alternieren Niederschlagsereignisse jedoch mit Trockenzeiten kommt es zu einem Wechsel von abwärts gerichteter Flüssigkeitsbewegung und aufwärts gerichtetem kapillarem Transport, da die Verdunstung zeitweise das dominierende Element ist und die Bildung einer Kruste ermöglicht. Die Tiefenlage einer Krustenbildung wird neben Neutralisations- und Redoxreaktionen von der Verdunstungsrate bestimmt. Bei zu starker Verdunstung kommt es zum Abriß der Kapillaren und mobile Stoffe werden nicht mehr zur Oberfläche einer Halde transportiert. Stattdessen scheiden sich sekundäre Phasen in einer tiefer gelegenen Zone ab, die noch vom aufwärts gerichteten Flüssigkeitsstrom erreicht wird. Neben evaporitischen Mineralen haben sich in den Krusten der Säulenversuche verschiedenste, teilweise metastabile sulfatische Phasen gebildet. Neben dem Transport von mobilen Stoffen in echten Lösungen kommt dem kolloidalen Transport von Spuren und Schwermetallen Bedeutung zu, dem eine rein thermodynamische Beschreibung nicht gerecht wird. Im Porenwasser wurden nicht nur oxidierte Stoffe transportiert, sondern auch reduzierte bzw. nicht völlig aufoxidierte Schwermetalle. Bergbauhalden können aufgrund ihrer durch Krustenbildung bedingten stofflichen Differenzierung und Anreicherung bestimmter Metalle selbst wieder Lagerstättencharakter haben

Assessing Technology Usage in Relation to the Quality of Life in Autistic Children

Objective The aim of this study was to investigate the frequency and duration of technology use by autistic children, their primary activities when engaging with technology, and the association between technology use and quality of life. We assumed that technology serves as a means of communication with peers, and it is associated with an improved quality of life. Methods The study sample consisted of 61 parents of autistic children aged 5-10 years old. The Quality of Life for Children with Autism Spectrum Disorder Scale was used to measure children\u27s quality of life based on parent report, and the Technology Use Scale was used to measure the amount of time spent using technology and its purpose. Data collected were analyzed to identify correlations between technology use and quality of life. Results Findings indicate that autistic children primarily use technology for relaxation purposes and a smaller proportion of children in the sample used technology for socialization. A positive correlation was found between technology use for social interactions and higher parental perceptions of quality of life. These findings suggest that while social use of technology is less frequent, it is associated with improved well-being. Conclusions We concluded that technology use among autistic children is predominantly for leisure activities; however, when used for socialization, it is linked to a better perceived quality of life. Future research should further explore the specific benefits and potential risks of technology use for communication and socialization in autistic children. Additionally, the efficacy of technology-based interventions in improving social skills and overall well-being should be evaluated

Controls of bathymetric relief on hydrothermal fluid flow at mid-ocean ridges

We present quantitative modeling results for the effects of surface relief on hydrothermal convection at ocean-spreading centers investigating how vent site locations and subsurface flow patterns are affected by bathymetry induced sub-seafloor pressure variations. The model is based on a 2-D FEM solver for fluid flow in porous media and is used to simulate hydrothermal convection systematically in 375 synthetic studies. The results of these studies show that bathymetric relief has a profound effect on hydrothermal flow: bathymetric highs induce subsurface pressure variations that can deviate upwelling zones and favor venting at structural highs. The deviation angle from vertical upwelling can be expressed by a single linear dependence relating deviation angle to bathymetric slope and depth of the heat source. These findings are confirmed in two case studies for the East Pacific Rise at 9°30′N and Lucky Strike hydrothermal fields. In both cases, it is possible to predict the observed vent field locations only if bathymetry is taken into account. Our results thereby show that bathymetric relief should be considered in simulations of submarine hydrothermal systems and plays a key role especially in focusing venting of across axis hydrothermal flow onto the ridge axis of fast spreading ridges

Rare earth element abundances in hydrothermal fluids from the Manus Basin, Papua New Guinea : indicators of sub-seafloor hydrothermal processes in back-arc basins

Author Posting. © The Author(s), 2010. This is the author's version of the work. It is posted here by permission of Elsevier B.V. for personal use, not for redistribution. The definitive version was published in Geochimica et Cosmochimica Acta 74 (2010): 5494-5513, doi:10.1016/j.gca.2010.07.003.Rare earth element (REE) concentrations are reported for a large suite of seafloor vent fluids from four hydrothermal systems in the Manus back–arc basin (Vienna Woods, PACMANUS, DESMOS and SuSu Knolls vent areas). Sampled vent fluids show a wide range of absolute REE concentrations and chondrite–normalized (REEN) distribution patterns (LaN/SmN ~ 0.6 – 11; LaN/YbN ~ 0.6 – 71; EuN/Eu*N ~ 1 – 55). REEN distribution patterns in different vent fluids range from light–REE enriched, to mid– and heavy–REE enriched, to flat, and have a range of positive Eu–anomalies. This heterogeneity contrasts markedly with relatively uniform REEN distribution patterns of mid–ocean ridge hydrothermal fluids. In Manus Basin fluids, aqueous REE compositions do not inherit directly or show a clear relationship with the REE compositions of primary crustal rocks with which hydrothermal fluids interact. These results suggest that the REEs are less sensitive indicators of primary crustal rock composition despite crustal rocks being the dominant source of REEs in submarine hydrothermal fluids. In contrast, differences in aqueous REE compositions are consistently correlated with differences in fluid pH and ligand (chloride, fluoride and sulfate) concentrations. Our results suggest that the REEs can be used as an indicator of the type of magmatic acid volatile (i.e., presence of HF, SO2) degassing in submarine hydrothermal systems. Additional fluid data suggest that near seafloor mixing between high–temperature hydrothermal fluid and locally entrained seawater at many vent areas in the Manus Basin causes anhydrite precipitation. Anhydrite effectively incorporates REE and likely affects measured fluid REE concentrations, but does not affect their relative distributions.This study received financial support from the Ocean Drilling Program Schlanger Fellowship (to P.R. Craddock), the WHOI Deep Ocean Exploration Institute Graduate Fellowship (to E. Reeves) and NSF grant OCE–0327448