تأثير تركيز البولي أكريلاميد على إعادة توزيع الجريان السطحي والتحكم في انبعاث الرواسب من أكوام المخلفات الكارستية تحت أمطار محاكية

لماذا تهم أمطار الأكوام الناتجة عن التعدين

في العديد من مناطق تعدين الفحم، تترك وراءها أكوام هائلة من الصخور والتربة المفككة بعد الحفر—المعروفة باسم أكوام المخلفات. عندما تضرب الأمطار الغزيرة هذه المنحدرات العارية والمتفتتة، قد يتدفق ماء موحل سطحياً بينما يتسرب ماء ملوث أيضاً إلى الشقوق الخفية في الصخر تحتها. في المناطق الكارستية، حيث يملأ الصخر القاعدي بالكهوف والقنوات، يمكن لهذا الماء المتسرّب أن يحمل الملوثات بسرعة إلى الأنهار الجوفية ومصادر مياه الشرب. تستقصي هذه الدراسة ما إذا كان إضافة بولي أكريلاميد (PAM)، وهو بوليمر شائع يحسّن خواص التربة، إلى سطح هذه الأكوام يمكنه إبطاء التعرية وتقليل خطر تلويث المياه الجوفية.

منظر منجمٍ مليء بالثقوب الخفية

ركز البحث على منجم مفتوح للفحم في محافظة قويتشو بجنوب غرب الصين، وهو مشهد كارستي نموذجي يتكوّن من صخور كربوناتية قابلة للذوبان. هنا، خلّفت أعمال التعدين أكواماً كبيرة من المخلفات المكوَّنة من الصخور المرفوضة ومخلفات الفحم. وبما أن هذه المادة مفككة وفقيرة بالمغذيات وخالية إلى حد كبير من الغطاء النباتي، فإنها تتعرى بسهولة أثناء أمطار الصيف الغزيرة في المنطقة. في التضاريس الكارستية، لا يقتصر هطول الأمطار على الجريان السطحي إلى الأسفل؛ بل يخترق أيضاً الشقوق والمجاري في الصخر القاعدي ليصل سريعاً إلى الجداول الجوفية. لذلك يصبح من المهم بشكل خاص الحد من كل من التعرية السطحية وتسرب المياه الملوثة نحو الأسفل من هذه التلال الاصطناعية.

اختبار مساعد للترب المستعبة

للاختبار، أعاد العلماء إنشاء مقطع من كومة مخلفات في قاعة محاكاة أمطار بالمختبر. ملأوا مزراباً فولاذياً بخليط سُمكه 30 سنتيمتراً يمثل نفايات المنجم والتربة الصفراء من الموقع، ثم مالوا المزراب إلى انحدار حاد بزاوية 30 درجة. حُفرت فتحات في قاعدة المزراب لمحاكاة الشقوق الصخرية الطبيعية، وجمعت ثلاثة مجمّعات منفصلة الماء والرواسب الجارية على السطح، والمارة عبر الطبقات السطحية الضحلة، والناقلة للخروج من الأسفل. فوق هذا المنحدر النموذجي، أنتج جهاز محاكاة الأمطار عواصف مسيطرة عليها تطابق الزخات المحلية القوية. رُشّت سطح التربة بمحاليل PAM بثلاثة تراكيز مختلفة—منخفض (1‰)، متوسط (3‰)، وعالي (5‰)—وقورنت مع تجربة ضابطة غير معالجة تحت نفس عواصف الأمطار التي استمرت 90 دقيقة.

كيف يعيد البوليمر تشكيل مسار الماء

البولي أكريلاميد جزيء طويل السلسلة يمتص الماء وينتفخ ويربط جزيئات التربة معاً إلى تكتلات، مكوّناً غشاءً رقيقاً شبيهاً بالصمغ على السطح. في التجارب، غيرت جميع معالجات PAM طريقة حركة ماء المطر عبر المنحدر. عند عدم وجود PAM، تسرب جزء كبير من الماء بسرعة وبرز على شكل جريان تحت سطحي وتدفق أرضي، حاملاً جزيئات دقيقة نحو الأسفل. بعد إضافة PAM، بقي مزيد من الماء على السطح وجرى كمياه سطحية ضحلة، بينما تقلصت الجاريّات من الطبقات الأعمق بشكل حاد، لا سيما عند أعلى تركيز. في المتوسط، زادت أحجام الجريان السطحي بأكثر من 17%، ويمكن أن ينخفض الجريان الأرضي من ما يقرب من نصف إجمالي الماء في الحالة غير المعالجة إلى أقل من عُشره تحت معالجة PAM القوية. أظهرت قياسات الجريان أن البوليمر زاد المقاومة الداخلية للماء وخفض قوته المسببة للتعرية، على الرغم من أن الماء السطحي تحرّك بشكل أكثر اضطراباً.

قليل من الطين في الحركة، لكن مع ثمن

إلى جانب هذه التحولات في مسارات الماء، قلّل PAM بكثير كمية الرواسب الخارجة من المنحدر. مقارنة بالتربة غير المعالجة، خفّض البوليمر الرواسب المحمولة بالماء السطحي بنحو ثلث وخفض فقدان الرواسب الأرضية تقريباً إلى النصف. بشكل عام، أدت التراكيز الأعلى إلى تقليل أكبر للتعرية. ومع ذلك، ثَمَّة ثمن: كانت أقوى معالجة PAM، رغم أنها الأفضل في منع التسرب الأرضي، تمنع أيضاً كمية أكبر من الماء من الامتصاص في التربة. قد يترك ذلك أكوام المخلفات جافة جداً بحيث تتعذر إقامة النباتات الصغيرة، مما يبطئ تكوّن الغطاء النباتي الذي يوفر حماية طويلة الأمد. قدّم تركيز PAM المتوسط توازناً أفضل: فقد خفّض التعرية والتسرب العميق بشكل كبير، مع السماح بما يكفي من الماء بالتسرب لدعم الجذور.

البحث عن نقطة توازن لتنظيف المناجم بشكل أكثر أماناً

بالنسبة لمديري المناجم العاملين في المناطق الكارستية الحساسة، فإن رسالة الدراسة عملية. رشُّ جرعة معتدلة من PAM على أكوام المخلفات المبنية حديثاً يمكن أن يحد سريعاً من التعرية، ويحول كمية أقل من الماء الملوث إلى القنوات السفلية، ويجعل المنحدرات أكثر استقراراً—دون أن يحرم النباتات المستقبلية من الرطوبة التي تحتاجها. يقترح المؤلفون أن تطبيقاً بتركيز متوسط، حوالي 3‰ للمواد التي اختبروها، يعد نقطة انطلاق فعالة. كما يؤكدون على الحاجة إلى مراقبة ميدانية طويلة الأمد للتحقق من بقاء PAM ومنتجات تحلله آمنة بيئياً. عند استخدامه بحرص وبالاشتراك مع جهود الزراعة، قد يصبح هذا البوليمر البسيط أداة مفيدة لتحويل أكوام النفايات المتقلبة إلى تلال أكثر أماناً وخضرة.

الاستشهاد: Zhu, X., Yang, H. & Yan, Y. Effect of polyacrylamide concentration on runoff redistribution and sediment yield control from karst spoil heaps under simulated rainfall. Sci Rep 16, 14441 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-44802-z

الكلمات المفتاحية: تآكل التربة الكارستية, بولي أكريلاميد, أكوام مخلفات مناجم الفحم, الجريان السطحي والرواسب, حماية المياه الجوفية