Het volgen van metaalverspreidingspaden in een verlaten Mediterraan mijnbouwlandschap: Casestudy van het mijnbouwdistrict Cartagena–La Unión.

Het voormalige mijnbouwdistrict Cartagena–La Unión (Zuid-Oost Spanje) is een van de meest getroffen mijnbouwlandschappen in het Middellandse Zeegebied. Het gebied wordt al meer dan twee millennia geëxploiteerd voor sulfidemineralen zoals galena (PbS), sfaleriet (ZnS) en pyriet (FeS), evenals carbonaten, ijzeroxiden, -hydroxiden en -sulfaten. De mijnbouwactiviteit bereikte een hoogtepunt van halverwege de 19e eeuw tot 1991, toen de laatste mijn werd gesloten. Tegenwoordig vertoont het landschap nog talrijke sporen van zijn mijnbouwverleden, waaronder miljoenen tonnen mijnafval met extreem hoge metaalconcentraties (bijv. Pb en Zn vaak > 10.000 mg kg-¹, Cu gewoonlijk > 100 mg kg-¹, Mn vaak > 1.500 mg kg-¹, en Cd tussen 10 en 100 mg kg-¹). In combinatie met schaarse vegetatiebedekking, stortregens en aanhoudende winden, creëren deze omstandigheden een zeer dynamisch systeem waar zowel water- en winderosie functioneren als belangrijke transportroutes voor verontreinigende stoffen.

Figuur 1. Locatie van het mijnbouwdistrict Cartagena–La Unión (Zuidoost-Spanje) en de studieplek waar SOILPROM-gegevens worden verzameld voor watererosie (a) en winderosie (b).

Binnen het Horizon Europe-project SOILPROM, deze site dient als een belangrijk voorbeeld voor het begrijpen van hoe metalen en metalloïden worden getransporteerd en herverdeeld onder reële omstandigheden. Ons werk richt zich op een centrale vraag: Hoe drijven erosieprocessen de verspreiding van metalen in verlaten semi-aride mijnbouwgebieden?

Watererosie: Stormgebeurtenissen als aanjagers van metaaltransport

De Rambla del Beal, een tijdelijke waterloop die het mijnbouwgebied afwatert, speelt een sleutelrol in het transport van metalen. Het kanaal, zwaar aangetast door mijnbouwafval, fungeert als een belangrijke geleider voor de overdracht van verontreinigde sedimenten naar laaggelegen gebieden.

Om het transport van vervuilde sedimenten door watererosie te kwantificeren, is langs een traject van ~1,5 km van het bovenste deel van de Rambla del Beal, met de focus op één stuwdam, veldbewaking ingesteld.

De aanpak combineert:

• Afvoerbuizen (PVC-buizen) om afstromend water en zwevende sedimenten op te vangen
• Erosie nagels om sedimentafzetting in de waterbodem te meten
• Sédimentkern verzameling om de hoeveelheid geaccumuleerd materiaal in het waterbed te kwantificeren
• Analyse op stroomgebiedniveau (helling, vegetatie, bodemeigenschappen)

Figuur 2. Panoramisch uitzicht op de hellingen binnen het stroomgebied dat afwatert naar de Rambla del Beal, waar erosienagels zijn geïnstalleerd om sedimentafzetting in de waterbed te evalueren en PVC-buizen ook naast de keermuur zijn geplaatst voor het opvangen van afstromend water en zwevende sedimenten.

Afbeelding 3. Details van de PVC-buizen (a) voor het opvangen van afstromend water en zwevende sedimenten, erosienagels (b) en kernbemonstering (c) in de Rambla del Beal waterloop.

Tussen de zomer van 2025 en de lente van 2026 werden vier afspoelings- en erosiegebeurtenissen gemonitord. In de zomer bevordert de extreme droogte van de bodem de oxidatie van sulfiden in mijnbouwafval, wat leidt tot de neerslag van secundaire metaalsulfaten op het oppervlak (Figuur 4). Wanneer deze sulfaten oplossen tijdens regenbuien, is de resulterende afspoeling zeer zout en zuur, wat het transport van opgeloste metalen vergemakkelijkt (Figuren 5 en 6).

Figuur 4. Zoutuitbloei gevormd door secundaire sulfaten die neerslaan tijdens de droogste periodes van het jaar.

Figuur 5. Elektrische geleidbaarheid (EC) en pH van afstromend water verzameld tussen juli 2025 en april 2026.

Figuur 6. Opgeloste metaalconcentraties in afvloeiing verzameld tussen juli 2025 en oktober 2025.

De erosiesnelheden varieerden tussen 0,5 en 1,7 t ha⁻¹ (Figuur 7 en 8) en het getransporteerde sediment bevatte zeer hoge metaalconcentraties (bijv. Pb: 20.000–40.000 mg kg⁻¹; Zn: 3.000–6.000 mg kg⁻¹) (Figuur 8).

Figuur 7. Meting van de sedimenthoogte op de erosienagels na het neerslaggebeuren van oktober 2025.

Figuur 8. Erosiesnelheden in de gebeurtenissen die zijn gemonitord tussen juli 2025 en april 2026.

Figuur 9. Totale metaalconcentraties in sedimenten verzameld in de PVC-buizen na de regenbuien van juli 2025 en oktober 2025.

Watererosie is een belangrijke route voor de verspreiding van metalen, die op twee manieren werkt:

het transport van opgeloste metalen in afspoeling;

2) het transport van aan bodemdeeltjes gebonden metalen. De dispersie van metalen door watererosie heeft een sterke seizoensgebonden component als gevolg van de vorming van sulfaatuitbloeiingen tijdens de droge zomerperiode.

Winderosie: Atmosferische routes van contaminatie

Parallel hieraan worden door wind aangedreven processen onderzocht in een vlak sedimentatiegebied dat zich op ongeveer 6,5 km afstand bij de monding van de Rambla del Beal bevindt, waar gedurende decennia mijnafval is opgehoopt (Figuur 10).

Figuur 10. Locatie van het vlakke gebied voor de evaluatie van metaaltransport door winderosie.

De experimentele opstelling omvat:

• Ten BSNE (Big Spring Number Eight) stofafzuigers op verschillende hoogtes (5, 25, 50, 75, 100 en 150 cm) (Figuur 11)
• Monstername over dominante windregimes (Lebeche – ZO en Levante – O/NO) (Figuur 12)
• Seizoensgebonden monitoring tijdens risicovolle perioden (zomer en lente)

Afbeelding 11. BSNE stofafscheiders

Figuur 12. BSNE stofafscheiders in het onderste gedeelte van de Rambla del Beal.

Resultaten tonen aan dat winderosie een belangrijk mechanisme is voor metaalverspreiding (Figuur 13):

Figuur 13. Stofmonstername.

• Stofdeeltjes vertonen zeer hoge metaalconcentraties (bv. Zn ~ 9500 mg kg⁻¹; Pb ~ 8000 mg kg⁻¹; Cu > 100 mg kg)^-1)
• De siltfractie domineert, dat het transport over lange afstanden vergemakkelijkt
• De windrichting beïnvloedt zowel de concentratie en variabiliteit van getransporteerd materiaal

Deze bevindingen bevestigen dat de uitstoot van vervuild stof niet alleen een lokaal probleem vormt, maar ook een potentieel regionaal en atmosferisch risico inhoudt.

Van veldgegevens naar voorspellende modellering

Een belangrijk doel van SOILPROM is om verder te gaan dan plaats-specifieke observaties en geïntegreerde modelleerframeworks te ontwikkelen. Gegevens van deze use case zullen worden verstrekt aan modelleurs aan de Wageningen Universiteit om het OpenLISEM-model (voor het simuleren van metaalverspreiding door watererosie) en het MicroHH-model (voor het simuleren van metaalverspreiding door winderosie) te voeden. De integratie van veldgegevens en modellering zal helpen bij het identificeren van kritieke transportpaden, het kwantificeren van verontreinigingsstromen onder verschillende milieuscenario's, en het verbeteren van voorspellingen van het gedrag van verontreinigende stoffen onder veranderende klimaatomstandigheden.

Deze processen zullen naar verwachting intensiveren onder toekomstige klimaatscenario's, gekenmerkt door langere droogteperioden en extremere regenval, met name in mediterrane regio's. Het begrijpen van klimaatgedreven erosie en de invloed daarvan op de mobiliteit van verontreinigende stoffen is daarom essentieel voor het anticiperen op toekomstige milieurisico's en het ontwerpen van effectieve mitigatiestrategieën.

Duurzame bodemsaneringsstrategieën ondersteunen

Het begrijpen van hoe metalen en metalloïden zich door dit landschap bewegen, is essentieel voor het ontwerpen van effectieve maatregelen ter beperking en herstel.

De resultaten die zijn verkregen in het praktijkvoorbeeld van Cartagena–La Unión zullen een onderbouwde basis vormen voor strategieën voor landbeheer, helpen bij het stellen van prioriteiten voor herstelmaatregelen zoals het stabiliseren van afvalbergen en het aanplanten van vegetatie, en bijdragen aan het verminderen van risico’s voor het milieu en de volksgezondheid.

Meer in het algemeen draagt dit gebruiksscenario bij aan de missie van SOILPROM om onze capaciteit voor het beoordelen en beheren van bodemvervuiling in heel Europa te verbeteren door middel van geïntegreerde, procesgebaseerde benaderingen.