Предыдущие исследования показали, что от 10 до 40 процентов смеси воды и химического раствора, закачиваемой под высоким давлением в глубокие пласты породы, поднимаются обратно на поверхность во время разработки скважины. Ученые из Колледжа сельского хозяйства и наук о жизни, изучающие воздействие этой «возвратной жидкости» на окружающую среду, обнаружили, что те же свойства, которые делают ее настолько эффективной при извлечении природного газа из сланца, также могут вытеснять крошечные частицы, которые естественным образом связаны с почвой, вызывая связанные с ними загрязняющие вещества. такие как тяжелые металлы для выщелачивания.Они описали механизмы этого высвобождения и переноса в статье, опубликованной в журнале «Наука об окружающей среде» Американского химического общества.
Технология.Изученные ими частицы представляют собой коллоиды — больше, чем размер молекулы, но меньше, чем то, что можно увидеть невооруженным глазом, — которые цепляются за песок и почву из-за своего электрического заряда.В экспериментах стеклянные колонны заполнялись песком и синтетическими коллоидами полистирола. Затем они промыли колонку различными жидкостями — деионизированной водой в качестве контроля и обратной жидкостью, собранной на буровой площадке Marcellus Shale — с разными скоростями потока и измерили количество мобилизованных коллоидов.
В светлопольном микроскопе коллоиды полистирола были видны в виде красных сфер между светло-серыми песчинками, что позволяло легко отслеживать их движение. Исследователи также собрали и проанализировали воду, вытекающую из колонки, чтобы количественно определить концентрацию выщелачиваемого коллоида.
Они обнаружили, что при промывке колонок деионизированной водой выделялось менее пяти процентов коллоидов. Эта цифра подскочила до 32–36 процентов при промывании возвратной жидкостью. Увеличение скорости потока обратной жидкости мобилизовало еще 36 процентов коллоидов.Они считают, что это связано с тем, что химический состав возвратной жидкости снижает силу сил, которые позволяют коллоидам оставаться связанными с песком, в результате чего коллоиды фактически отталкиваются от песка.
«Это первый шаг к открытию эффектов обратного потока жидкости на перенос коллоидов в почве», — сказала соавтор статьи, научный сотрудник, научный сотрудник Кателин Стооф.Авторы надеются провести дальнейшие эксперименты с использованием природных коллоидов в более сложных полевых почвенных системах, а также с различными составами возвратной жидкости, собранной с других буровых площадок.
Стооф сказал, что осведомленность об этом явлении и понимание механизмов, стоящих за ним, могут помочь выявить риски и предоставить информацию о стратегиях смягчения последствий.«Устойчивое развитие любого ресурса требует фактов о его потенциальном воздействии, чтобы законодатели могли принимать обоснованные решения о том, можно ли и где это можно и нельзя разрешить, а также разработать руководящие принципы на случай, если что-то пойдет не так», — сказал Стоуф. «В случае разливов вы хотите знать, что происходит, когда жидкость движется через почву».
Это исследование было поддержано фондами Hatch USDA Сельскохозяйственной экспериментальной станции Корнельского университета, а также Национальным научным фондом США и Национальным фондом естественных наук Китая.
