Rekultywacja w zagłębiu wydobycia węgla Powder River Basin w Wyoming (USA)

Jednym z głównych rejonów wydobycia węgla w USA jest zagłębie Powder River Basin (PRB), znajdujące się w stanie Wyoming na zachodzie USA. W rejonie tym wydobywa się 452 mln ton węgla subbitumicznego rocznie, co stanowi 39% całkowitego wydobycia i produkcji węgla w USA. W ostatnich latach (od 2006 roku) wydobycie węgla w tym rejonie wzrosło jeszcze o 1,6% (tj. o 7,3 mln ton rocznie).

Zgromadzone tu zasoby należą do jednych z bogatszych na świecie i stanowią ważne rezerwy energetyczne USA. Grubość pokładów zdeponowanego węgla sięga ponad 24 metry i jest on wydobywany technologią odkrywkową (foto 1).

Foto. 1. Pokłady węgla subbitumicznego w zagłębiu PRB w stanie Wyoming eksploatowane metodą odkrywkową.

Produkcja węgla w zagłębiu PRB charakteryzuje się wysoką opłacalnością ekonomiczną. Większość z wydobytego surowca transportowana jest koleją i dociera do rynków energetycznych Ameryki Północnej. Węgiel subbitumiczny, tzw. węgiel kamienny błyszczący powstał w górnej kredzie lub trzeciorzędzie i jest surowcem mniej kalorycznym i geologicznie młodszym od karbońskiego węgla kamiennego (antracytu). W porównaniu z lignitami i węglem brunatnym węgiel subbitumiczny z rejonu PRB charakteryzuje się dobrymi właściwościami energetycznymi i niską zawartością składników popielnych oraz siarki. Czynniki te mają duże znaczenie dla opłacalności wydobycia i dla wpływu na środowisko (emisja SO₂).

Foto 2. Etap formowania powierzchni terenu po zakończonej eksploatacji oraz fragmenty wcześniej zrekultywowane.

W stanie Wyoming górnictwo węgla do tej pory zajęło powierzchnię wynoszącą ponad 54 tys. ha. Wielka skala eksploatacji odkrywkowej węgla pociąga za sobą wielkoobszarowe przekształcenia powierzchni i krajobrazu. Są to przede wszystkim przekształcenia geomechaniczne i hydrologiczne, wywierające istotny wpływ na lokalne ekosystemy. Stąd na równie z działalnością wydobywczą w rejonie Powder River Basin stawiana jest działalność naprawcza realizowana w drodze rekultywacji. W stanie Wyoming do tej pory zrekultywowano ponad połowę obszaru zajętego przez górnictwo węgla, tj. ponad 27 tys. ha.

Foto 3. Rekonstrukcja i budowa cieków wodnych - ważny element kształtowania biotopów w fazie rekultywacji technicznej.

Ogólnie działalność rekultywacyjna w USA regulowana jest przez prawo stanowe i federalne, a podstawowym aktem prawnym odnoszącym się pierwotnie do rekultywacji w górnictwie węgla jest SMCRA - Surface Mining Control and Reclamation Act of 1977, United States Congres. Zgodnie z tym aktem prawnym szkody spowodowane przez górnictwo muszą być obligatoryjnie naprawione poprzez odpowiednio prowadzoną rekultywację. Obejmuje ona w ujęciu standardowym odtworzenie miejscowej topografii oraz gleb metodami technicznymi i biologicznymi. Zaleca się, jeśli to możliwe z punktu widzenia technologii, użycie wierzchniej warstwy pozyskanej z gleb naturalnych zdjętych z nadkładu do przykrycia zwałowanych skał (tzw. topsoiling). Następnie prowadzi się szereg zabiegów agrotechnicznych i w końcu przeprowadza się rewegetację, czyli odtworzenie pokrywy roślinnej. Rodzaj pokrywy roślinnej zależy od lokalnych uwarunkowań i rodzaju naturalnych formacji roślinnych występujących pierwotnie na zajętym terenie. Oczywiście, z punktu widzenia ekologii, jest dyskusyjne, w jakim stopniu odtwarzane ekosystemy mogą upodabniać się do naturalnych. Rekultywacja realizowana w rejonie PRB w Wyoming rozumiana jest jako trwający w czasie proces, a nie tylko pewien określony zakres działań technicznych i biologicznych, w których następuje uproduktywnienie gruntów bezglebowych. Takie rozumienie rekultywacji jest zgodne ze współczesną terminologią naukową w Europie i w Polsce. Realizowana tu rekultywacja obejmuje kilka faz (stadiów), a ich przebieg musi być monitorowany przez multidyscyplinarny zespół specjalistów. Rekultywację prowadzi się sukcesywnie za przesuwającym się frontem eksploatacji. Skały nadkładu, zdjęte uprzednio w etapie udostępnienia złoża, są deponowane ponownie do powstałego wyrobiska. Następnie formowana jest odpowiednio zaprojektowana docelowo rzeźba terenu, dostosowana do miejscowej topografii (foto 2).

Foto 4. Zbiorniki retencyjne utworzone na terenach rekultywowanych.

Tak uformowane zwały przykrywane są warstwą substratu pozyskanego z wierzchnich poziomów naturalnych gleb pokrywających pierwotnie teren. Gleby naturalne występujące w tym rejonie charakteryzują się wyraźnie wykształconym zbitym poziomem o cechach spodic ze znaczną akumulacja sodu, co stanowi duży problem agrotechniczny. W trakcie tej fazy rekonstruowane są również strumienie i zbiorniki wodne o charakterze retencyjnym, przy czym cieki wodne w tym rejonie mają charakter głównie efemeryczny (okresowy) (foto 3 i 4).

Foto 5. Rekonstrukcja grup skalnych dla urozmaicenia biotopów dzikich zwierząt zasiedlających tereny zrekultywowane.

Formowane są grupy skalne w dostosowaniu do pierwotnej rzeźby terenu. Jest to bardzo ważny zabieg odtworzenia biotopów dla dzikich zwierząt, w tym drapieżnych ptaków, zwierzyny płowej i gadów (foto 5 i 6). Małe grupki skalne są siedliskiem dla mniejszych ssaków, takich jak królik, stąd funkcjonuje nawet pojęcie dla tych biotopów jako "rabbitats" (siedlisko - z ang. habitat + królik - rabbit), czyli "siedliska dla królików".

Foto 6. Prawidłowo ukształtowane biotopy są szybko zasiedlane przez zwierzęta.

W pierwszym roku po uformowaniu tereny przeznaczone pod rewegetację obsiewa się żytem i pszenicą. Pod koniec sezonu wegetacyjnego jesienią kosi się i pozostawia na miejscu słomę. Służy to poprawie warunków wilgotnościowych dla wprowadzanej wiosną następnego roku mieszanki nasion roślinności docelowej. Skład gatunkowy mieszanki nasion uwzględnia udział gatunków zbiorowisk naturalnych formacji roślinnych prerii. Nie wykonuje się nawożenia mineralnego ani mulczowania, ponieważ uznano, że zabiegi te są zbyt drogie w stosunku do efektów w tutejszym klimacie. Tereny eksploatacyjne zlokalizowane są w strefie wielkich równin prerii Ameryki Północnej. Klimat ma cechy kontynentalne, z roczną sumą opadów wynoszącą około 300, a nierzadko nawet 200 mm. Lata są gorące a zimy mroźne z pokrywą śnieżną. W większości tereny zajęte przez górnictwo wykorzystywane były uprzednio jako ekstensywne pastwiska. Pierwotnie w obszarze tym występowały tzw. prerie niskie i mieszane z panującymi niskimi gatunkami traw, jak ostnica (Stipa comata), Sporobolus cryptandrus, perz (Agropyron smithii). W niektórych rejonach, wskutek zbyt intensywnego wypasu, gatunki te ustąpiły niskim trawom i bylinom, takim jak strzęplica (Koeleria cristata), wiesiołek (Oenothera fremontii), trojeść (Asclepias pumila), turzyca (Carex filifolia), Aristida purpurea, Trioda pilosa i szereg innych. W rejonach tych zbiorowiska o charakterze leśnym spotyka się tylko w pobliżu cieków wodnych w postaci łęgów topolowych z Populus acuminata, P. angustifolia i P. sargentii. Charakterystyczną rośliną, związaną z terenami prerii objętych nadmiernym wypasem, jest bylica trójzębna (Artemisia tridentata). Jest to bylina, niekiedy w formie krzewu, o liściach srebrzysto-niebieskawych i bardzo intensywnym zapachu, występująca kępowo i płatowo. Ciekawostką jest, że nie jest ona zjadana przez bydło hodowlane, ale stanowi ważny element w zimowej diecie pierwotnie występujących tu bizonów. Gatunek ten jest bardzo ważny w strategii odtworzenia zbiorowisk roślinnych na terenach rekultywowanych. Znaczącym problemem jest również inwazja obcych gatunków euroazjatyckich, takich jak mietelnik (Kochia scoparia).

Foto 7. Dynamika kształtujących się zbiorowisk - teren około 8 lat od rozpoczęcia rekultywacji, przewaga traw charakterystycznych dla prerii niskiej.

Ważną kwestią w strategii odtwarzania pokrywy roślinnej jest uwzględnienie naturalnych procesów sukcesji i dynamiki zbiorowisk (foto 7). Wynika to z faktu, że nie jest możliwa reprodukcja i wprowadzanie od razu wszystkich gatunków charakterystycznych dla prerii. Ważnym czynnikiem w kształtowaniu dynamiki zbiorowisk jest wypas bydła wprowadzanego od 3 roku od rewegetacji. Stałe, wybiórcze zgryzanie przez bydło wpływa na konkurencję gatunków trawiastych z bylicą trójzębną, działając na korzyść tego ostatniego gatunku (foto 8).

Foto 8. Teren po zakończonej rekultywacji (po 10 latach), przewaga w zbiorowiskach bylicy trójzębnej (Artemisia tridentata).

Bardzo istotnym elementem procesu rekultywacji jest stały monitoring odtwarzanych zbiorowisk roślinnych wykonywany co 3 lata. Obejmuje on kontrolę składu gatunkowego zbiorowisk, stopnia pokrycia powierzchni przez roślinność i kształtowania stosunków florystycznych i syntaksonomicznych. Dopiero po okresie 10 lat wykonywana jest ocena końcowa rekultywacji przede wszystkim na podstawie pokrycia powierzchni przez roślinność oraz oceny bioróżnorodności zbiorowisk. W rejonach wysuniętych bardziej na wschód, o klimacie nieco łagodniejszym, okres monitoringu i przekazania terenu po rekultywacji może być skrócony do 5 lat. Tereny zrekultywowane przejmowane są w większości najpierw przez specjalną agencję stanową, a następnie możliwe jest zbywanie ich dla władz stanowych, federalnych, bądź dla właścicieli prywatnych.

W pracy wykorzystano:

• Foulke T., Coupal R., Taylor D. 2002. Economic trends in Wyoming's mineral sector: Coal. University of Wyoming Cooperative Extension Service Bulletin B-1116. Laramie, Wyoming.
• Freme F. 2008. U.S. Coal supply and demand: 2007 reviev. U.S. Department of energy. Energy Information Administration. http://www.eia.doe.gov/fuelcoal.html
• A Concise Guide to Wyoming Coal, 2008. An Industry overview produced by the Wyoming Coal Information Committee. Wyoming Mining Association.