Αξιολόγηση βλάστησης βάσει τηλεπισκόπησης σε τοποθεσίες ορυχείων μετά το κλείσιμό τους στον Καναδά
Από RemoteSensing Wiki
Πρωτότυπος τίτλος: Remote Sensing-Based Revegetation Assessment at Post-Closure Mine Sites in Canada
Συγγραφείς: Sam Gordon, Xiaoyong Xu and Yanyu Wang
Δημοσιεύθηκε: Sustainability 2023, 15, 11287. https://doi.org/10.3390/su151411287
Λέξεις κλειδιά: χχχ
Αντικείμενο εφαρμογής: χχχ
1. ΕΙΣΑΓΩΓΗ
Ο τομέας εξόρυξης διαδραματίζει σημαντικό ρόλο στην οικονομία του Καναδά διότι η βιομηχανία εξόρυξης συνεισέφερε το 5% του ονομαστικού ΑΕΠ του Καναδά το 2019 και επίσης υποστηρίζει τεράστια ποσά τοπικής απασχόλησης, ειδικά για αυτόχθονες πληθυσμούς στον Καναδά. Επιπλέον, η απασχόληση που σχετίζεται με την εξόρυξη μπορεί να μεταφέρει περαιτέρω τα οφέλη από την ανάπτυξη των πόρων στην τοπική οικονομία. Ωστόσο, η εξόρυξη θα μπορούσε να προκαλέσει μια σειρά περιβαλλοντικών ζητημάτων (π.χ. διαταραγμένα εδάφη, μόλυνση εδάφους και υδάτινων πόρων και απώλεια βιοποικιλότητας). Η κάλυψη γης που επηρεάζεται από τις νάρκες και η αλλαγή χρήσης γης θα επηρεάσουν την απορρόφηση άνθρακα, επιδεινώνοντας την υπερθέρμανση του πλανήτη και τους τοπικούς κλιματικούς κινδύνους. Έτσι, μία από τις πιο σημαντικές πρακτικές για τη βιώσιμη ανάπτυξη των εργασιών εξόρυξης είναι η αποκατάσταση της βλάστησης, του εδάφους, της βιοποικιλότητας και των οικολογικών διεργασιών των διαταραγμένων εδαφών σε περιοχές μετά το κλείσιμο ορυχείων, προσφέροντας φυσικά, χημικά και βιολογικά οφέλη σε ανακτημένες τοποθεσίες ορυχείων, οι οποίες μπορούν να ανακτήσουν την ικανότητά τους να αποθηκεύουν άνθρακα και άζωτο. Στον Καναδά, πολλές από τις τοποθεσίες ορυχείων είχαν συνήθως υποστεί αποκατάσταση μέσω φυσικής διαδοχής μετά από διαταραχή, η οποία είναι γνωστή ως αυθόρμητη αναβλάστηση ή παθητική αποκατάσταση. Άλλη μέθοδος είναι η ενεργή αποκατάσταση κατά την οποία σχεδιάζονται και υλοποιούνται έργα αποκατάστασης γης σε ένα συγκεκριμένο επίπεδο λειτουργίας του οικοσυστήματος, βελτιώνοντας την ακεραιότητα του περιφερειακού οικοσυστήματος και την κοινωνική-οικολογική ανθεκτικότητα. Μια παθητική ανάκτηση μπορεί να αυξήσει τη βιοποικιλότητα και τις οικολογικές λειτουργίες με σχετικά χαμηλές οικονομικές δαπάνες, αλλά συνήθως οδηγεί σε πιο αργή ανάκτηση και λιγότερο έλεγχο των ιδιοτήτων του οικοσυστήματος, ενώ μια ενεργή ανάκτηση και βλάστηση μπορεί να διευκολύνει και να επιταχύνει την ανάκαμψη του τοπίου και του οικοσυστήματος. Η μακροπρόθεσμη παρακολούθηση της αλλαγής της κάλυψης γης είναι ένα σημαντικό στοιχείο των πρακτικών βιώσιμης αποκατάστασης που σχετίζονται με διαταραχές από τις εξορυκτικές εργασίες. Οι τεχνικές τηλεπισκόπησης μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την αξιολόγηση της έκτασης της αναβλάστησης του ορυχείου, καθώς, η τηλεπισκόπηση προσφέρει τα πλεονεκτήματά της (π.χ. καλύτερη χωρική κάλυψη, λιγότερα εργατικά και οικονομικά έξοδα) στην παρακολούθηση της αλλαγής της κάλυψης γης. Οι μέθοδοι τηλεπισκόπησης χρησιμοποιούνται όλο και περισσότερο για την ανίχνευση της αποκατάστασης και της αναβλάστησης του ορυχείου στον Καναδά τις τελευταίες δεκαετίες. Χρησιμοποιήθηκαν δεδομένα πολλαπλών χρονικών πολυφασματικών ή υπερφασματικών εικόνων για την εξαγωγή των δεικτών βλάστησης ή/και των ταξινομημένων τύπων κάλυψης γης, τα οποία στη συνέχεια χρησιμοποιήθηκαν για την παρακολούθηση της αναβλάστησης του ορυχείου. Επιπλέον, οι τεχνικές τηλεπισκόπησης έχουν εφαρμοστεί για την αξιολόγηση της αποκατάστασης και της αναβλάστησης σε τοποθεσίες ορυχείων σε όλο τον κόσμο, όπως στην Αυστραλία, τη Βραζιλία, την Κίνα, την Ευρώπη και τις ΗΠΑ. Αν και έχει σημειωθεί σημαντική πρόοδος στην αξιολόγηση βάσει τηλεπισκόπησης της αναβλάστησης του ορυχείου και της οικολογικής αποκατάστασης στον Καναδά, οι περισσότερες από τις αξιολογήσεις επικεντρώθηκαν μόνο στη συμπεριφορά ανάκτησης και αναβλάστησης σε μία τοποθεσία ορυχείου. Υπάρχει έλλειψη πληροφοριών σχετικά με το πόσο διαφορετικά συμπεριφέρθηκε η ανάκτηση του τοπίου σε διαφορετικές τοποθεσίες, έτσι, η παρούσα μελέτη χρησιμοποιεί τεχνικές τηλεπισκόπησης για να εξετάσει την αλλαγή της κάλυψης της βλάστησης στο χώρο και το χρόνο σε πολλαπλές τοποθεσίες αποκαταστάσεως ορυχείων σε ολόκληρο τον Καναδά.
2. ΥΛΙΚΑ ΚΑΙ ΜΕΘΟΔΟΙ
2.1. Τοποθεσίες εξόρυξης
Η παρούσα μελέτη συγκρίνει την απόδοση των ανακτημένων τοποθεσιών ορυχείων στον Καναδά, επιλέγοντας τις ακόλουθες τοποθεσίες ορυχείων μετά το κλείσιμο: ορυχείο Pine Point στα βορειοδυτικά εδάφη του Καναδά, Wapisiw Lookout, Gateway Hill, Highmont στη Βρετανική Κολομβία, Stanrock στο Οντάριο και ορυχείο Clinton Creek στο Γιούκον. Η τοποθεσία Gateway Hill όσο και η τοποθεσία Wapisiw Lookout βρίσκονται στην άμμο πετρελαίου Athabasca, Αλμπέρτα. Το Pine Point ήταν ένα ανοιχτό ορυχείο μολύβδου-ψευδάργυρου με έδρα το Βανκούβερ του Καναδά. Οι εργασίες εξόρυξης ξεκίνησαν το 1964, σταμάτησαν το 1988 και καθ' όλη τη διάρκεια των εργασιών, εξορύχθηκαν περίπου 70 εκατομμύρια τόνοι μεταλλεύματος. Η περιοχή διαχείρησης απορριμάτων ήταν περίπου 700 εκτάρια και περιείχε περίπου 54 εκατομμύρια τόνους απορριμμάτων. Με το κλείσιμο του ορυχείου εφαρμόστηκε σχέδιο εγκατάλειψης και αποκατάστασης, ωστόσο, κυριαρχεί μια παθητική αποκατάσταση στο Pine Point Mine τις τελευταίες δεκαετίες. Τόσο το Wapisiw Lookout όσο και το Gateway Hill βρίσκονται στην άμμο πετρελαίου Athabasca στη βόρεια Αλμπέρτα. Η λίμνη απορριμμάτων Wapisiw Lookout (περίπου 220 εκτάρια) ξεκίνησε τη λειτουργία της το 1967 και παροπλίστηκε το 1997. Οι ενεργές προσπάθειες αποκατάστασης περιελάμβαναν κυρίως μεταφορά των απορριμμάτων από τη λίμνη σε διαφορετική τοποθεσία για επεξεργασία, γεμίζοντας τη λίμνη με καθαρή άμμο καλυμμένη με παχύ στρώμα φυτικού εδάφους και φύτευση καλλιεργειών, χόρτων και δέντρων. Κατά την περίοδο 2009–2010, χρειάστηκαν περίπου 65.000 φορτηγά με υλικά αποκατάστασης, ενώ, το 2010 φυτεύτηκαν πάνω από 620.000 δέντρα, θάμνοι και χόρτα. Η τοποθεσία είναι σε μόνιμη αποκατάσταση από το 2010, ενώ, το Gateway Hill που καλύπτει μια έκταση περίπου 104 εκταρίων, χρησιμοποιήθηκε ως απόθεμα υπερκείμενων υλικών για τις εργασίες εξόρυξης αντί για αποθήκευση απορριμμάτων ή άλλων δυνητικά μολυσμένων υλικών. Η περιοχή σταμάτησε τις εξορυκτικές της δραστηριότητες στις αρχές της δεκαετίας του 1980 και αναβλαστήθηκε με δέντρα και θάμνους. Η τοποθεσία Gateway Hill έλαβε επίσημο πιστοποιητικό ανάκτησης από την κυβέρνηση της Αλμπέρτα το 2008 και πιστοποιήθηκε ως δασώδης λοφώδης έκταση (~104 εκτάρια). Τα οικοσυστήματα περιλαμβάνουν κυρίως δάσος ελάτης, δάσος με πεύκα, λιβάδια και υγρότοπους. Η εγκατάσταση αποθήκευσης απορριμμάτων Highmont ανήκει στο ορυχείο Highland Valley Copper στη νότια-κεντρική Βρετανική Κολομβία. Το Highland Valley Copper είναι ένα από τα μεγαλύτερα ανοιχτά ορυχεία στον κόσμο χαλκού και μολυβδαινίου και το Highmont (περίπου 220 εκτάρια) χρησιμοποιήθηκε για τη διαχείριση των απορριμμάτων από το 1980 έως το 1984. Η αποκατάσταση αυτού του ορυχείου βασίστηκε σε ένα σχέδιο τελικής χρήσης γης, ενώ, η περιοχή Highmont έχει αναβλαστήσει κυρίως μέσω της εγκατάστασης υδρόβιας βλάστησης και των προσπαθειών αναβλάστησης υγροτόπων. Το Stanrock, που ανήκει στην Denison Mines Limited, βρίσκεται στην περιοχή της λίμνης Elliot , στο Οντάριο και η περιοχή αυτής της λίμνης χρησίμευε ως κύρια βάση για την εξόρυξη ουρανίου. Το Stanrock, που καλύπτει μια έκταση περίπου 52 εκταρίων, χρησιμοποιήθηκε για την εναπόθεση απορριμμάτων μεταξύ των μέσων της δεκαετίας του 1950 έως τις αρχές της δεκαετίας του 1960, αν και ο παροπλισμός του ουρανίου ξεκίνησε λίγο μετά το 1992, όταν ολόκληρη η εγκατάσταση εξόρυξης ουρανίου έπαυσε οριστικά τη λειτουργία της. Η παραγωγή οξέος ήταν μια σημαντική περιβαλλοντική ανησυχία που σχετίζεται με τα απορρίμματα ουρανίου, ωστόσο, δεδομένου ότι η τελευταία εναπόθεση απορριμμάτων στο Stanrock συνέβη στις αρχές της δεκαετίας του 1960, σχεδόν κανένας αντιδραστικός πυρίτης δεν παρέμεινε στο επιφανειακό στρώμα των απορριμμάτων στις αρχές της δεκαετίας του 1990, όταν ξεκίνησε ο παροπλισμός. Χρησιμοποιήθηκε προσέγγιση ξηρού καλύμματος για τον παροπλισμό του Stanrock και από το 1998, όταν ολοκληρώθηκαν οι περισσότερες από τις σημαντικές δραστηριότητες ανάκτησης κεφαλαίων, ο παροπλισμός έχει εισέλθει στη φάση μακροπρόθεσμης παρακολούθησης. Το ορυχείο Clinton Creek ανήκε στην Cassiar Asbestos Corporation και λειτουργούσε ως ορυχείο αμιάντου από το 1968 έως το 1978. Η τοποθεσία του ορυχείου βρίσκεται περίπου 100 χλμ. βορειοδυτικά της Ντόσον Σίτι, Γιούκον. Κατά τη διάρκεια των εργασιών του, το μετάλλευμα αμιάντου εξήχθη από τα ανοιχτά κοιλώματα και μεταφέρθηκε σε μύλο για επεξεργασία, ενώ, η αναβλάστηση βρέθηκε ότι συμβαίνει φυσικά (δηλαδή, παθητική βλάστηση) στις χωματερές άχρηστων πετρωμάτων από το κλείσιμο του ορυχείου το 1978.
2.2. Δεδομένα εικόνων τηλεπισκόπησης
Μέχρι στιγμής, οι δορυφόροι Landsat έχουν παράσχει σχεδόν 50 χρόνια συλλογής δεδομένων εικόνων, γεγονός που καθιστά τις εικόνες Landsat πολύ κατάλληλες για μια μακροπρόθεσμη παρακολούθηση της αλλαγής της επιφάνειας της γης. Πολυχρονικές εικόνες τηλεπισκόπησης που συλλέχθηκαν από τους δορυφόρους Landsat 5 (1984-1993) και Landsat 8 (1993 έως σήμερα) χρησιμοποιούνται για την ποσοτικοποίηση της αλλαγής της κάλυψης της γης και την έκταση της βλάστησης στις στοχευόμενες τοποθεσίες ορυχείων. Οι εικόνες Landsat 5 και Landsat 8 για κάθε τοποθεσία ορυχείου, λήφθηκαν από τη βάση δεδομένων Earth Explorer του Γεωλογικού Ινστιτούτου των Ηνωμένων Πολιτειών. Τα δεδομένα εικόνων χρησιμοποιούνται για την ελαχιστοποίηση της επίδρασης της εποχικής γωνίας ηλίου και στις φαινολογικές διαφορές των φυτών στην ανίχνευση αλλαγής κάλυψης γης. Τελικά, λήφθηκαν περίπου 25 έως 38 εικόνες Landsat μεταξύ του 1984 (ή του αντίστοιχου έτους κλεισίματος όταν ήταν αργότερα από το 1984) και του 2021 για κάθε τοποθεσία. Πραγματοποιείται μια δέσμη προεπεξεργασίας των ληφθέντων εικόνων Landsat και κατά την προεπεξεργασία, το εργαλείο διαχείρισης σύνθετων ζωνών χρησιμοποιείται για τη δημιουργία των σύνθετων εικόνων, οι οποίες αποκόπτονται στην αντίστοιχη περιοχή ενδιαφέροντος της τοποθεσίας ορυχείου.
2.3. Μέθοδος Ανάλυσης
Πραγματοποιείται η ανάλυση Normalized Difference Vegetation Index (NDVI). Το NDVI είναι ένα ποσοτικό μέτρο της αφθονίας και του σθένους της βλάστησης και υπολογίζεται σε κάθε εικονοστοιχείο εικόνας.
