Biogeochemical characterization of surface waters in the Aljustrel mining area (South Portugal)

Abstract

La zona minera de Aljustrel (sur de Portugal) forma parte de la Faja Pirítica Ibérica y alberga seis masas minerales de sulfuros. Esta mina se clasifica como de alto riesgo ambiental debido al gran volumen de relaves y a las aguas afectadas por el drenaje ácido de mina (DAM) generadas por la oxidación de sulfuros. El uso de indicadores biológicos (p. ej., diatomeas) resultó ser una herramienta importante para evaluar el grado de contaminación por DAM en las aguas. El análisis multivariante se ha utilizado como un enfoque relevante para la caracterización de los procesos de DAM. El análisis de conglomerados se empleó para integrar la gran cantidad y diversidad de variables (fisicoquímicas y biológicas), discriminando los diferentes tipos de aguas, caracterizados por la alta complejidad de esta región. Se logró la distinción de dos fenómenos principales marcados: (1) el tipo de agua circumneutral-Na-Cl (sitios DA, PF, BX, BF, RO, CB), que expresa las contribuciones geológicas de los sedimentos cenozoicos de la cuenca del río Sado, con alta diversidad de diatomeas (predominando diatomeas salobres como Entomoneis alata); y (2) el tipo de agua ácido-metal-sulfatada (sitios BM, JU, RJ, AA, MR, BE, PC, AF), que refleja tanto la contaminación AMD como la disolución de minerales (p. ej., silicatos) de las rocas hospedantes, potenciada por el pH extremadamente bajo. Este último grupo de sitios mostró una menor diversidad de diatomeas pero con diatomeas típicas de aguas contaminadas con ácido y metales (p. ej., Pinnularia aljustrelica). Además de estos dos tipos de agua, este método de clasificación jerárquica también permitió distinguir casos individuales en subgrupos, por ejemplo, presas tratadas (DC, DD), con sustancias alcalinas (cal/caliza), que cambiaron la dinámica fisicoquímica de las aguas contaminadas.

Aljustrel mining area (South Portugal) is a part of the Iberian Pyrite Belt and encloses six sulfide mineral masses. This mine is classified of high environmental risk due to the large tailings’ volume and acid mine drainage (AMD)-affected waters generated by sulfides’ oxidation. The use of biological indicators (e.g., diatoms) revealed to be an important tool to address the degree of AMD contamination in waters. Multivariate analysis has been used as a relevant approach for the characterization of AMD processes. Cluster analysis was used to integrate the significant amount and diversity of variables (physicochemical and biological), discriminating the different types of waters, characterized by the high complexity occurring in this region. The distinction of two main marked phenomena was achieved: (1) the circumneutral-Na-Cl water type (sites DA, PF, BX, BF, RO, CB), expressing the geological contributions of the Cenozoic sediments of Sado river basin, with high diatom diversity (predominating brackish diatoms as Entomoneis alata); and (2) the acid–metal-sulfated water type (sites BM, JU, RJ, AA, MR, BE, PC, AF), reflecting both the AMD contamination and the dissolution of minerals (e.g., silicates) from the hosting rocks, potentiated by the extremely low pH. This last group of sites showed lower diatom diversity but with typical diatoms from acid- and metal-contaminated waters (e.g., Pinnularia aljustrelica). In addition to these two water types, this hierarchical classification method also allowed to distinguish individual cases in subclusters, for example, treated dams (DC, DD), with alkaline substances (lime/limestone), that changed the physicochemical dynamics of the contaminated waters.