Χαρτογράφηση της επέκτασης των ορυχείων χρυσού galamsey στην περιοχή καλλιέργειας κακάο της Γκάνα με χρήση οπτικής τηλεπισκόπησης

'''Χαρτογράφηση της επέκτασης των ορυχείων χρυσού galamsey στην περιοχή καλλιέργειας κακάο της Γκάνα με χρήση οπτικής τηλεπισκόπησης'''

'''Πρωτότυπος τίτλος:''' ''Mapping the expansion of galamsey gold mines in the cocoa growing area of Ghana using optical remote sensing''

'''Συγγραφείς:''' B. Snapir, D.M. Simms, T.W. Waine

'''Λέξεις κλειδιά:''' Εξόρυξη, Χρυσός, Αφρική, Κακάο, Τηλεπισκόπηση

'''Σύνδεσμος πρωτότυπου κειμένου:''' [https://www.researchgate.net/publication/313925370_Mapping_the_expansion_of_galamsey_gold_mines_in_the_cocoa_growing_area_of_Ghana_using_optical_remote_sensing]


'''ΠΕΡΙΛΗΨΗ'''

Η χειρονακτική εξόρυξη χρυσού (galamsey) και η καλλιέργεια κακάο αποτελούν βασικές πηγές εισοδήματος για τους ντόπιους πληθυσμούς στη Γκάνα. Δυστυχώς, η πρώτη προκαλεί σοβαρές απειλές για το περιβάλλον και την ανθρώπινη υγεία και έρχεται αντιμέτωπη με την καλλιέργεια κακάο και άλλα μέσα διαβίωσης. Οι έγκαιρες και χωρικά αναφερόμενες πληροφορίες σχετικά με την έκταση των περιοχών παράνομης εξόρυξης χρυσού μικρής κλίμακας είναι απαραίτητες για την κατανόηση και τον περιορισμό των αρνητικών επιπτώσεων της εξόρυξης. Για να το αντιμετωπίσουμε, χρησιμοποιούμε δορυφορικές εικόνες πολλαπλών ημερών UK-DMC2 για να χαρτογραφήσουμε την έκταση και την επέκταση των εκτάσεων της παράνομης εξόρυξης χρυσού μικρής κλίμακας από το 2011 έως το 2015. Σχεδιάζουμε τη συνολική έκταση των περιοχών αυτών το 2013 πάνω από την περιοχή καλλιέργειας κακάο, χρησιμοποιώντας ομαδοποίηση k-means σε μια εικόνα χωρίς σύννεφα του 2013 με έντονη φασματική αντίθεση μεταξύ των περιοχών galamsey και την περιβάλλουσα βλάστηση. Επεξεργαζόμαστε επίσης ένα ζευγάρι θολών εικόνων από το 2011 και το 2015 με Multivariate Alteration Detection για να χαρτογραφήσουμε την επέκταση των περιοχών galamsey τα έτη 2011-2015 σε ένα υποσύνολο, με την ετικέτα της περιοχής αλλαγής. Χρησιμοποιούμε ένα σύνολο τυχαίων σημείων δειγματοληψίας που έχουν ερμηνευτεί με βάση την ορολογία για να υπολογίσουμε εκτιμήσεις της περιοχής  μεροληπτικά διορθωμένες. Επίσης, οριοθετούμε μια ενδεικτική ζώνη επιπτώσεων ρύπανσης ανάλογη με την πυκνότητα της περιοχής galamsey, υποθέτοντας μια μέγιστη ακτίνα 10χλμ. Στην περιοχή καλλιέργειας κακάο της Γκάνα, η εκτιμώμενη συνολική έκταση galamsey το 2013 είναι 27.839 εκτάρια, με ζώνη επιρροής 551.496 εκταρίων. Στην περιοχή αλλαγής, οι περιοχές galamsey έχουν κάτι παραπάνω από τριπλασιαστεί από το 2011 έως το 2015, με αποτέλεσμα την άμεση καταστροφή 603 εκταρίων σε προστατευόμενα δασικά αποθέματα. Υποθέτοντας τον ίδιο ρυθμό ανάπτυξης για την υπόλοιπη περιοχή καλλιέργειας κακάο, εκτιμάται ότι η συνολική έκταση των περιοχών galamsey το 2015 είναι 43,879 εκτάρια. Οι περιοχές galamsey αναπτύσσονται κατά μήκος του μεγαλύτερου μέρους του δικτύου ποταμών (Offin, Ankobra, Birim, Anum, Tano), με ρύπανση κατάντη που επηρεάζει τόσο τη γη όσο και το νερό.

'''ΕΙΣΑΓΩΓΗ'''

Η εξόρυξη χρυσού στη Γκάνα (Αφρική) είναι ένα σύνθετο σύστημα που χωρίζεται σε δύο ομάδες: (i) μεγάλης κλίμακας ορυχεία (σύγχρονη εξόρυξη επιφανείας / υπόγεια ορυχεία) και (ii) μικρής κλίμακας ορυχεία (χειρονακτική εξόρυξη επιφανείας) που ονομάζονται galamsey. Ο πρώτος συμβάλλει σημαντικά στη συνολική οικονομία της χώρας μέσω φορολογικών εσόδων (Fonseca, 2004). Ωστόσο, έχουν μικρή αλληλεπίδραση με τις τοπικές οικονομίες, οδηγούν συχνά σε αναγκαστική μετεγκατάσταση κοινοτήτων και αποτελούν αναμφισβήτητη πηγή περιβαλλοντικής ρύπανσης (Aragon and Rud, 2013). Σε σύγκριση, παρά το γεγονός ότι είναι κατά κανόνα παράνομο (Teschner, 2012), τα galamsey φέρνουν άμεσο εισόδημα στους ανθρακωρύχους και τις οικογένειές τους και διεγείρει το τοπικό εμπόριο που σχετίζεται με την εξόρυξη (Amankwah, 2013). Δυστυχώς, δεδομένου ότι πρόκειται κυρίως για την επιφανειακή εξόρυξη, έχει ως αποτέλεσμα τη σημαντική καταστροφή της φυσικής βλάστησης και της γεωργικής γης, την αφαίρεση του εδάφους και την εκτροπή των υδάτινων σωμάτων. Η διαδικασία εξόρυξης οδηγεί επίσης στη ρύπανση από σκόνη, τη ρύπανση των υδάτων από την αύξηση των ιζημάτων (Kusimi et al., 2014) και την εισαγωγή υδραργύρου που μολύνει επίσης το έδαφος (Serfor-Armah et al., 2004). Το 2011 η Ghana Water Company Limited αναγκάστηκε να σταματήσει προσωρινά την επεξεργασία του νερού επειδή ο ποταμός Birim ήταν πολύ μολυσμένος για να χρησιμοποιηθεί για οικιακή χρήση (Amankwah, 2013).

Ο χρυσός και το κακάο αποτελούν τη ραχοκοκαλιά των εξαγωγών της Γκάνα, καταγράφοντας αντίστοιχα 4.388,06 εκατομμύρια δολάρια ΗΠΑ και 2,612,87 εκατομμύρια δολάρια ΗΠΑ, τα οποία μαζί αντιπροσωπεύουν το 53,0% των συνολικών εσόδων από εξαγωγές το 2014 (ISSER, 2015). Δυστυχώς, οι δύο δραστηριότητες αγωνίζονται να συνυπάρχουν (Boateng and Codjoe, 2014). Πρώτον, ο χρυσός και το κακάο ανταγωνίζονται για τη γη και την εργασία - η γη κακάο μετατρέπεται σε ορυχεία ή / και οι γεωργοί εγκαταλείπουν το κακάο για να δοκιμάσουν την ευκαιρία τους στο γειτονικό galamsey. Η εξόρυξη χρυσού ευνοείται καθώς μπορεί να προσφέρει γρήγορο κέρδος σε σύγκριση με την κακώς πληρωμένη εποχική δραστηριότητα κακάο. Δεύτερον, αναφέρθηκε ότι η ρύπανση από τα galamsey επηρεάζει την απόδοση του κακάο - οι αγρότες παρατηρούν πρώιμη πτώση των ανώριμων λοβών, μαρασμός και κιτρίνισμα των φύλλων σε φυτείες κοντά στην περιοχή εξόρυξης (Boateng and Codjoe, 2014). Παρά ταύτα, αναφέρεται επίσης ότι τα galamsey έχουν θετικές επιπτώσεις στη δραστηριότητα του κακάο. Αντί να εγκαταλείψουν την εκμετάλλευσή τους, ορισμένοι αγρότες κερδίζουν χρήματα από την εξόρυξη χρυσού κατά τη διάρκεια της εκτός καλλιέργειας περιόδου και την επανεπενδύουν στη γεωργία μέσω της πρόσληψης εργατικού δυναμικού και της αγοράς λιπασμάτων που αλλιώς είναι απρόσιτα (Hilson and Garforth, 2013, Okoh and Hilson, 2011).

Σε αυτή την εργασία, χρησιμοποιούμε οπτικές εικόνες πολλαπλών ημερομηνιών που αποκτήθηκαν από το UK-DMC2 για να (i) χαρτογραφήσουν την έκταση και την εξέλιξη των galamsey στη νότια Γκάνα από το 2011 έως το 2015 και (ii) να προβούν σε προκαταρκτική εκτίμηση της πιθανής έκτασης της ρύπανσης. Ο UK-DMC2 είναι ένας βρετανικός δορυφόρος πολλαπλών φασματικών απεικονίσεων και μέρος του Συστήματος Παρακολούθησης Καταστροφών, το οποίο λειτουργεί σε πράσινο, κόκκινο και στην εγγύς υπέρυθρη ακτινοβολία σε ανάλυση 22 μέτρων (Πίνακας 1).

[[Αρχείο: Rs_wiki_eikona_1_ergasia_4.PNG | thumb | right | Πίνακας 1: Τεχνικά χαρακτηριστικά του προϊόντος UK-DMC2 L1T, Πηγή: https://www.researchgate.net/publication/313925370_Mapping_the_expansion_of_galamsey_gold_mines_in_the_cocoa_growing_area_of_Ghana_using_optical_remote_sensing]]

'''ΜΕΘΟΔΟΛΟΓΙΑ'''

''Περιοχή μελέτης'' 
 
Η περιοχή μελέτης (Εικόνα 1) επιλέχθηκε για να καλύψει την περιοχή καλλιέργειας κακάο της νότιας Γκάνα, όπου συγκεντρώνεται το μεγαλύτερο μέρος των galamsey. Ενώ η βόρεια Γκάνα είναι ζεστή και ξηρή, η περιοχή καλλιέργειας κακάο είναι ζεστή και υγρή, επιρρεπής σε νεφελώδη κάλυψη και ομίχλη, ιδιαίτερα κατά την περίοδο των βροχών από τον Απρίλιο έως τα μέσα Νοεμβρίου. Το προϊόν κλάσματος νέφους MODIS (Platnick et al., 2003) δείχνει ότι η περιοχή μελέτης είχε ένα μέσο κλάσμα νέφους 0,83 το 2015, με ένα ελάχιστο 0,53 τον Δεκέμβριο.
 
[[Αρχείο: Rs_wiki_eikona_2_ergasia_4.PNG | thumb | right | Εικόνα 1: Περιοχή μελέτης στη νότια Γκάνα με την έκταση της εικόνας 2013 UK-DMC2 και της επικαλυπτόμενης περιοχής των εικόνων UK-DMC2 από το 2011 και το 2015, Πηγή: https://www.researchgate.net/publication/313925370_Mapping_the_expansion_of_galamsey_gold_mines_in_the_cocoa_growing_area_of_Ghana_using_optical_remote_sensing]]

''Έκταση galamsey 2013''  

Η συνολική περιοχή των galamsey χαρτογραφήθηκε χρησιμοποιώντας την ανεξέλεγκτη ταξινόμηση της εικόνας UK-DMC2 L1T που αποκτήθηκε την 1η Ιανουαρίου 2013 και την οπτική ερμηνεία των εικόνων του Google Earth © (Εικόνα 2 (α)).

[[Αρχείο: Rs_wiki_eikona_7_ergasia_4.PNG | thumb | right | Εικόνα 2: Συνολική μεθοδολογία για τη δημιουργία (a) του χάρτη galamsey 2013 που καλύπτει ολόκληρη την περιοχή μελέτης από την απεικόνιση UK-DMC2 χωρίς σύννεφα, β) τον χάρτη  galamsey 2011-2015 η επέκταση του οποίου καλύπτει μόνο την περιοχή αλλαγής από τις θολές εικόνες UK-DMC2 για το 2011 και το 2015 και γ) οι χάρτες galamsey το 2011 και το 2015, περιορίζονται επίσης στην περιοχή αλλαγής, Πηγή: https://www.researchgate.net/publication/313925370_Mapping_the_expansion_of_galamsey_gold_mines_in_the_cocoa_growing_area_of_Ghana_using_optical_remote_sensing]]

Η εικόνα ήταν αρχικά υποσύνολο στην περιοχή μελέτης και οι αρχικές πράσινες, κόκκινες και εγγύς υπέρυθρες ζώνες μετατράπηκαν στην κορυφή της ατμοσφαιρικής ανακλαστικότητας σύμφωνα με τη μέθοδο των Crowley και Mackin (2008). Μια ζώνη δεικτών βλάστησης κανονικοποιημένης διαφοράς (NDVI) προστέθηκε ως νέα επικάλυψη εικόνας στις ζώνες ανάκλασης για τη βελτίωση των φασματικών διαφορών μεταξύ των επιφανειών με βλάστηση  και αυτών χωρίς βλάστηση. Διαχωρίσαμε προοδευτικά τα galamsey από άλλες καλύψεις γης μέσω δύο διαδοχικών μη εποπτευόμενων ταξινομήσεων, το καθένα χρησιμοποιώντας κατάτμηση k-means με 50 κατηγορίες. Σε κάθε επανάληψη, οι κλάσεις επισημάνθηκαν με οπτική ερμηνεία της αρχικής εικόνας ψευδών χρωμάτων, και οι κατηγορίες μη-galamsey απομακρύνθηκαν από την ανάλυση. Ο αριθμός των τάξεων είναι ένας συνδυασμός μεταξύ του να υπάρχουν αρκετές κατηγορίες για την διάκριση των galamsey, διατηρώντας παράλληλα τη χειρωνακτική ερμηνεία αυτών των κατηγοριών διαχειρίσιμη. Τέλος, η περιοχή που ταξινομήθηκε ως galamsey επεξεργάστηκε χειροκίνητα με οπτική ερμηνεία των εικόνων του Google Earth ©, αφαιρώντας άλλα 129.000 εκτάρια μη galamsey περιοχών (αστικές περιοχές, δρόμους, γυμνά εδάφη).

''Αλλαγή στις περιοχές galamsey μεταξύ 2011 – 2015''
  
Xρησιμοποιήσαμε επανειλημμένη, επανασταθμισμένη ανίχνευση Multivariate Alteration Detection (IR-MAD) (Εικόνα 2 (β)), μια μεθοδολογία ανίχνευσης αλλαγών χωρίς προηγούμενο, για να μεγιστοποιήσουμε τις διαφορές που σχετίζονται με την αλλαγή της κάλυψης γης, σε αντίθεση με αλλαγές στον φωτισμό και τις ατμοσφαιρικές συνθήκες (Canty and Nielsen, 2008). Το IR-MAD επιτρέπει επίσης να προσδιοριστεί ένα κατώφλι αλλαγής κατάλληλο για την απομόνωση της σχετικά ισχυρής μεταβολής στην ανακλαστικότητα από τη βλάστηση στα galamsey.

Χρησιμοποιώντας τον κώδικα που διατίθεται από τον Canty (2015), δημιουργήθηκαν μεταβλητές MAD για την αλληλεπικάλυψη των εικόνων του 2011 και του 2015. Ο οπτικός έλεγχος ενός σύνθετου ψευδοχρώματος των τριών μεταβλητών MAD (Εικόνα 3) δείχνει στην πρώτη μεταβλητή (κόκκινο), τις περιοχές αλλαγής κατά μήκος του υδρογραφικού δικτύου και των αστικών περιοχών όπου έχει εκκαθαριστεί η δασική και η γεωργική γη. Οι ανακλαστικές αλλαγές στις υπάρχουσες περιοχές των galamsey είναι ορατές στη δεύτερη μεταβλητή (πράσινη). Οι φασματικές διαφορές που σχετίζονται με τη μεταβολή της χρήσης γης μεταξύ των εικόνων μεγιστοποιούνται και οι κατηγορίες αλλαγών ταξινομούνται σε μη συσχετισμένα στοιχεία εικόνας (Canty and Nielsen, 2006). Τα μεταβαλλόμενα pixel μπορούν να εξαχθούν χωρίς την ανάγκη για οποιαδήποτε προκαταρκτική ταξινόμηση που μπορεί να εισάγει σφάλμα επισήμανσης στην ανίχνευση αλλαγής. Η επίδραση της λεπτής ομίχλης μειώνεται επίσης σημαντικά καθώς αντιπροσωπεύει μια μικρότερη μεταβολή των τιμών των pixel μεταξύ των ημερομηνιών από την αλλαγή της χρήσης γης.

[[Αρχείο: Rs_wiki_eikona_6_ergasia_4.PNG | thumb | right | Εικόνα 3: Υποκατηγορίες ψευδώς έγχρωμων εικόνων UK-DMC2 κοντά στην υπέρυθρη ακτινοβολία από τις 19 Ιανουαρίου 2011 (αριστερά), στις 13 Ιανουαρίου 2015 (στο κέντρο) και τις τρεις παραλλαγές MAD (δεξιά) , Πηγή: https://www.researchgate.net/publication/313925370_Mapping_the_expansion_of_galamsey_gold_mines_in_the_cocoa_growing_area_of_Ghana_using_optical_remote_sensing]]

''Έκταση της ρύπανσης'' 
 
Αρκετές μελέτες που βασίζονται στην ανάλυση των δειγμάτων εδάφους / νερού έδειξαν ότι η ρύπανση από τα galamsey είναι πραγματική, αλλά η έκταση και η ένταση της ρύπανσης δεν είναι γνωστές. Ελλείψει in situ δεδομένων που εξηγούν πώς μεταδίδεται η ρύπανση από τα galamsey στο περιβάλλον, υπολογίσαμε μια αυθαίρετη ζώνη επιπτώσεων με ακτίνα r ανάλογη με την αναλογία των galamsey p και μια μέγιστη τιμή rmax 10 km, δηλ. r = p · rmax. Για κάθε galamsey pixel, η αναλογία του galamsey υπολογίστηκε ως ο λόγος μεταξύ του αριθμού των galamsey pixel και του συνολικού αριθμού των pixel μέσα σε ένα παράθυρο ακτίνας 10 χλμ. 

'''ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ & ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ'''

•	Η Εικόνα 4 δείχνει ότι η συνολική διάταξη των galamsey ταιριάζει με το δίκτυο των ποταμών. Πρακτικά, η επιφανειακή εξόρυξη μπορεί να συμβεί μόνο σε μη στερεοποιημένους βράχους, οπότε οι ανθρακωρύχοι προσδοκούν καταθέσεις χρυσού κυρίως στις αλλουβιακές και κολλουβιακές αποθέσεις (Hilson, 2002). Το καθαρό νερό είναι επίσης απαραίτητο στη διαδικασία εξόρυξης χρυσού η οποία αντιθέτως οδηγεί σε μόλυνση των ποταμών με περίσσεια ιζήματος και υδραργύρου που χρησιμοποιείται για την αμαγάλμωση.

•	Ο Πίνακας 2 συνοψίζει τις μεροληπτικά διορθωμένες εκτιμήσεις της έκτασης για το 2011, το 2013 και το 2015 στο πλαίσιο της περιοχής αλλαγών. Ο ρυθμός επέκτασης αυξήθηκε από +12,376 εκτάρια (+ 113%) για την περίοδο 2011-2013 σε +13,414 εκτάρια (+ 58%) για την περίοδο 2013-2015. Έτσι, η περιοχή των galamsey έχει τριπλασιάσει από 10.907 εκτάρια το 2011 σε 36.696 εκτάρια το 2015.

•	Αρκετά προστατευόμενα δασικά αποθέματα, πλησίον ενός ποταμού, προσβάλλονται άμεσα από τα galamsey. Μερικές φορές φαίνεται ότι η λωρίδα των galamsey σταματά στην άκρη των αποθεμάτων. Ο Πίνακας 3 δείχνει ότι η καταπάτηση αποθεμάτων έχει αυξηθεί σημαντικά από 53 εκτάρια σε 603 μεταξύ 2011 - 2015 εντός της περιοχής αλλαγής. Όσον αφορά τη ρύπανση, 65.625 εκτάρια δασικού αποθέματος βρίσκονται εντός της ζώνης επιρροής του 2015.

•	Τα Galamsey είναι μια πολύπλοκη κοινωνικοοικονομική δραστηριότητα που αγωνίζεται να συνυπάρχει με άλλα μέσα διαβίωσης. Η εξόρυξη έχει θετικές επιπτώσεις στον τοπικό πληθυσμό μέσω του εισοδήματος που παράγει και μέσω των συναφών συναλλαγών του. Παρέχει επίσης σε ορισμένους αγρότες τα απαιτούμενα χρήματα για να φροντίσουν τις καλλιέργειες κακάο τους. Αυτές οι θετικές επιπτώσεις πρέπει να εξισορροπούνται με την αναμφισβήτητη καταστροφή και μόλυνση των γεωργικών εκτάσεων. Συνεπώς, η εξόρυξη πρέπει να συνεχιστεί μόνο με μέσα που ελαχιστοποιούν τις περιβαλλοντικές της επιπτώσεις.

[[Αρχείο: Rs_wiki_eikona_3_ergasia_4.PNG | thumb | right | Εικόνα 4: Συνολική έκταση galamsey το 2013 στην περιοχή μελέτης, με ζώνη πρόσκρουσης ανάλογη προς την πυκνότητα του galamsey και υποθέτοντας μια μέγιστη ακτίνα 10 km, Πηγή: https://www.researchgate.net/publication/313925370_Mapping_the_expansion_of_galamsey_gold_mines_in_the_cocoa_growing_area_of_Ghana_using_optical_remote_sensing]]

[[Αρχείο: Rs_wiki_eikona_4_ergasia_4.PNG | thumb | center | Πίνακας 2: Προβλεπόμενες bias εκτιμήσεις της περιοχής galamsey το 2011, το 2013 και το 2015, για την περιοχή αλλαγής και για ολόκληρη την περιοχή μελέτης, Πηγή: https://www.researchgate.net/publication/313925370_Mapping_the_expansion_of_galamsey_gold_mines_in_the_cocoa_growing_area_of_Ghana_using_optical_remote_sensing]]

[[Αρχείο: Rs_wiki_eikona_5_ergasia_4.PNG | thumb | center | Πίνακας 3: Η διείσδυση των galamsey σε προστατευόμενα δασικά αποθέματα εντός της περιοχής αλλαγής, Πηγή: https://www.researchgate.net/publication/313925370_Mapping_the_expansion_of_galamsey_gold_mines_in_the_cocoa_growing_area_of_Ghana_using_optical_remote_sensing]]




[[category: Underground Mining]]