Imaging spectroscopy to evaluate the contamination from sulphide mine waste in the iberian pyrite belt using hyperspectral sensors (Huelva, Spain)

Resumen

El seguimiento de residuos mineros de yacimientos de sulfuros masivos con datos de teledetección hiperespectral contribuye a predecir la calidad del agua de escorrentía. Permite hacer estimaciones cuantitativas de drenaje ácido de mina, y de contaminación por disolución de metales con una periodicidad anual para el caso que se estudia. La mineralogía de las costras que concentran sales muy solubles, es un registro de la humedad y temperatura ambientales durante el año precedente. En este trabajo, se ha realizado un seguimiento temporal de las eflorescencias salinas sobre los residuos mineros en las minas abandonadas de la Faja Pirítica Ibérica (España) con cartografías extraídas de datos aeroportados hiperespectrales Hymap. Se realizan estimaciones de variabilidad climática basándose en las etapas de oxidación que se deducen de secuencias conocidas de evolución mineralógica por procesos de oxidación en sulfuros de hierro, que indican la intensidad de los procesos de oxidación. Para ello se usan espectrotecas de referencia elaboradas en el laboratorio. De este modo, los productos de meteorización de piritas que aparecen en residuos mineros observados con imágenes hiperespectrales pueden convertirse en un registro de variabilidad climática a corto plazo, convirtiéndose en un instrumento útil como geoindicadores en zonas semiáridas. Los datos de teledetección hiperespectral, tanto aeroportados como en sensores embarcados en satélite, recogen información espectral sobre la superficie de la tierra con una resolución espectral continua, asimilable a los espectros proporcionados por espectrómetros de campo o laboratorio. Cada imagen cuenta con un número elevado de datos en dos dimensiones sobre la superficie de la tierra, que requieren algoritmos de tratamiento digital especiales, capaces de explorar datos con grandes dimensiones. En este trabajo se describen las características de los sensores utilizados, y se describe la cadena de tratamientos que se aplican a los datos brutos antes de la fase de interpretación. También se describe la secuencia de algoritmos utilizados en la extracción de información geológica para la producción de mapas, tanto en residuos mineros como en el cauce del río. El uso de espectrotecas de referencia con algoritmos cartográficos produce resultados variables, cuyas limitaciones se describen. Las tendencias en la evolución de crecimiento mineral difieren según el sustrato geológico en el que se desarrollan. Se describen cambios mineralógicos sutiles en función de la respuesta espectral, y su significado como indicadores de la intensidad de la oxidación de piritas sobre escombreras, balsas de lodos y sedimentos fluviales. Se ensaya un nuevo método de exploración, el Modelo de Modificadas Gaussianas Automáticas, que intenta evaluar la variabilidad espectral en función del significado geológico de los espectros de imágenes Hymap asociados a sedimentos fluviales. El río Odiel lleva agua ácida procedente de la contaminación de los residuos mineros de las muchas minas de sulfuros masivos de su cuenca de drenaje. El caudal del río, además de ser ácido, transporta en disolución metales pesados cuya concentración aumenta por la acidez de las aguas. La evolución geoquímica de las costras que se precipitan sobre los sedimentos del río a partir de agua ácida es función del clima, que define el caudal y el régimen hidrodinámico del río. La cartografía de las sustancias que aparecen en los sedimentos fluviales como consecuencia de la contaminación del río por los residuos de yacimientos de sulfuros masivos, exige una cartografía previa de los sedimentos del río, y de la microgeomorfología que determina cambios menores en el régimen del flujo del agua. Esta microtopografía proporciona entornos favorables para el seguimiento de las sustancias contaminantes. El empleo de una espectroteca de referencia, elaborada en el laboratorio, requiere una evaluación cuidadosa del contexto geológico si se pretende proporcionar una información ambiental representativa de los parámetros que se asocian a la contaminación. Según el tratatamiento digital de imágenes hiperespectrales basado en rasgos de absorción críticos, se identifican puntos en el curso del río que pueden ser claves para el seguimiento de indicadores de contaminación. El autor propone indicadores espectrales y geomorfológicos que pueden seguirse con tratamiento de imágenes apoyado en espectros tomados en campo y laboratorio, de manera repetible. El empleo de análisis hiperespectral en la Faja Pirítica Ibérica andaluza se ha incluido entre las cuatro zonas piloto del núcleo de la misión PECOMINES II (Cracovia, Noviembre 2005) a propuesta de la Junta de Andalucía respaldada por los investigadores participantes (CGL2007-60004/CLI). El Joint Research Centre (JRC, Yspra, Italia) desarrolla el programa PECOMINES, un foro de discusión sobre métodos de estudio en minas abandonadas que respalda la aplicación de la Directiva Europea de Residuos Mineros, publicada en marzo de 2006. Pretende utilizarse como herramienta de seguimiento en un futuro la Red de Información Ambiental de Andalucía (REDIAM, Junta de Andalucía).