En aluminiumflik från en drink kan hittas inkapslad i en ny form av sten på den Cumbriska kusten i Skottland. Denna upptäckt har gett forskare en chockerande insikt i hur mänsklig aktivitet påverkar jordens naturliga processer och material.
Forskare från University of Glasgow har funnit att slagg, en industriavfallsprodukt som produceras av stålindustrin, håller på att förvandlas till fast berg på så lite som 35 år.
Fyndet utmanar århundradens förståelse för planetens geologiska processer, där forskning har visat att berg bildas naturligt under miljontals år.
Forskarna har för första gången dokumenterat en ny "snabb antropoklastisk stencykel" som efterliknar naturliga bergcykler men involverar mänskligt material över accelererade tidsskalor. De tror att cykeln sannolikt kommer att vara igång på liknande industrianläggningar runt om i världen.
Teamet varnar för att den snabba och oplanerade utvecklingen av berg runt industriavfallsplatser kan negativt påverka ekosystem, biologisk mångfald, kustförvaltning och markplanering.
I en artikel publicerad i tidskriften Geologi, forskarna förklarar hur den detaljerade analysen av en två kilometer lång slaggfyndighet vid Derwent Howe i West Cumbria ledde till deras upptäckt av en ny jordsystemcykel.
Derwent Howe var hem för järn- och stålgjuterier under 19th och 20thårhundraden, och dess kust samlade 27 miljoner kubikmeter ugnsslagg under loppet av dess industriella historia.
Slaggavlagringarna har bildat klippor av avfallsmaterial som håller på att eroderas av kustnära vågor och tidvatten. Teamet lade märke till spännande oregelbundna formationer i klipporna och började göra detaljerade observationer på 13 platser över strandkanten.
Laboratorietester med elektronmikroskopi, röntgendiffraktion och Ramanspektroskopi hjälpte dem att fastställa att Derwent Howes slaggmaterial innehåller avlagringar av kalcium, järn och magnesium och mangan. Dessa grundämnen är mycket kemiskt reaktiva, vilket är nyckeln till att orsaka den accelererade processen för bergbildning.
När slaggen eroderas av havet, utsätter den materialet för havsvatten och luft, som interagerar med slaggens reaktiva element för att skapa naturliga cement inklusive kalcit, goetit och brucit. Dessa cement är samma material som binder samman naturliga sedimentära bergarter, men de kemiska reaktionerna gör att processen går mycket snabbare än vi har antagit för liknande material i en naturlig bergcykel.
Dr Amanda Owen från University of Glasgows School of Geographical and Earth Sciences är tidningens motsvarande författare. Dr Owen sa: "Under ett par hundra år har vi förstått bergets cykel som en naturlig process som tar tusentals till miljoner år.
"Vad som är anmärkningsvärt här är att vi har funnit att dessa mänskligt skapade material införlivas i naturliga system och blir litifierade - i huvudsak förvandlas till sten - under loppet av decennier istället. Det utmanar vår förståelse av hur en sten bildas och antyder att avfallsmaterialet vi har producerat för att skapa den moderna världen kommer att ha en oåterkallelig inverkan på vår framtid."
Teamets laboratorieanalys förstärktes av den överraskande upptäckten av moderna material instängda i några av deras prover, vilket hjälpte dem att härleda hur lång tid litifieringen av slaggen hade tagit.
"Vi kunde datera den här processen med anmärkningsvärd precision", säger Dr John MacDonald, medförfattare till studien. ”Vi hittade både ett King George V-mynt från 1934 och en aluminiumburkflik med en design som vi insåg inte kunde ha tillverkats före 1989 inbäddad i materialet.
"Detta ger oss en maximal tidsram på 35 år för denna stenformation, väl inom en enda mänsklig livstid. Det här är ett exempel i mikrokosmos på hur all aktivitet vi utför på jordens yta så småningom kommer att hamna i det geologiska rekordet som sten. Ändå sker den här processen med anmärkningsvärd, aldrig tidigare skådad hastighet."
Dr David Brown, tidningens tredje medförfattare, sa: "Slagg innehåller alla element den behöver för att förvandlas till sten när den utsätts för havsvatten och luft, så jag tror att det är mycket troligt att samma fenomen inträffar vid någon liknande slaggavlagring längs en relativt exponerad kustlinje med viss vågverkan var som helst i världen.
"Stålslaggsavfall är ett globalt fenomen, och som vi har dokumenterat, när alkaliskt gruvavfall utsätts för vatten och luft, finns det potential för cementering av löst material."
Fynden representerar det första fullt dokumenterade och daterade exemplet på den snabba antropoklastiska bergcykeln på land. I tidningen noterar teamet att en liknande process tidigare hade observerats i Gorronodatxes kustsystem nära Bilbao, Spanien. Forskare där kunde dock inte avgöra hur länge processen hade pågått eftersom avfallet deponerades i havet innan det återfördes till stranden.
Dr Owen tillade: "När avfallsmaterial först deponeras är det löst och kan flyttas runt efter behov. Vad vårt resultat visar är att vi inte har så mycket tid som vi trodde att hitta någonstans att placera det där det kommer att ha minimal påverkan på miljön – istället kan vi ha en fråga om bara decennier innan det förvandlas till sten, vilket är mycket svårare att hantera.
"På kuster som Derwent Howe har litifieringsprocessen förvandlat en sandstrand till en stenig plattform väldigt, väldigt snabbt. Det snabba uppkomsten av sten kan i grunden påverka ekosystemen över och under vattnet och förändra hur kustlinjerna reagerar på utmaningarna med stigande havsnivåer och mer extremt väder när vår planet värms upp. För närvarande finns inget av detta som står till förfogande för vår modell för att anpassa oss till vår förvaltning av land. klimatförändringar.
"Vi söker för närvarande ytterligare finansiering för att stödja ytterligare forskning vid andra slaggfyndigheter i Europa, vilket kommer att bidra till att fördjupa vår förståelse för denna nya snabba antropoklastiska bergcykel."
Teamets artikel, "Bevis för en snabb antropoklastisk bergcykel", publiceras i Geology. Forskningen stöddes av finansiering från Geological Society (London)
