石炭産業が健康と環境に与える影響

露天掘りは景観を大きく変え、周辺地域の自然環境の価値を低下させる。 ^{[ 8 ]}地表面は、再形成および再生が可能になるまで採掘活動に利用される。採掘が許可された場合、居住する人間は鉱山敷地から移住させられなければならず、農業や狩猟、食料や薬草の採取などの経済活動は中断される。採掘後の地表面の状態は、採掘の実施方法によって決まる。通常、荒廃した土地を土地利用の状態に戻すことは、元の利用と同じではない。既存の土地利用（家畜の放牧、作物や木材の生産など）は、採掘地域では一時的に排除される。都市や交通システムなどの高価値で集約的な土地利用地域は、通常、採掘作業の影響を受けない。鉱物の価値が十分であれば、これらの改良は隣接地域に移される可能性がある。

露天掘りは、既存の植生を破壊し、土壌の遺伝的プロファイルを破壊し、野生生物や生息地を移動または破壊し、現在の土地利用を変え、ある程度は採掘地域の一般的な地形を永久的に変化させます。^{[ 9 ]}露天掘り炭鉱では、人間の関心のある地質学的特徴に悪影響が生じる可能性があります。地形学的および地球物理学的特徴や優れた景観資源は、無差別な採掘によって犠牲になる可能性があります。古生物学的、文化的、その他の歴史的価値は、石炭の爆破、掘削、および掘削の破壊的な活動によって危険にさらされる可能性があります。表土の剥ぎ取りは、事前に除去されない限り、考古学的および歴史的特徴を消し去り、破壊します。^{[ 10 ] [ 11 ]}

植生の除去、運搬道路の建設、表土の積み上げ、覆土の移動、土砂や石炭の運搬に関連する活動により、鉱山作業周辺の粉塵の量が増加します。粉塵は周辺地域の空気の質を悪化させ、植物の生育に悪影響を及ぼし、鉱山労働者や近隣住民の健康と安全を脅かします。^{[ 10 ] [ 11 ]}

露天掘りは、景観のほぼすべての美的要素を破壊します。地形の変化は、見慣れない不連続な形状をもたらすことがよくあります。材料が抽出され、廃棄物の山が形成されると、新しい線状のパターンが現れます。植生が除去され、表土が脇に投棄されると、さまざまな色や質感が露出します。粉塵、振動、ディーゼル排気臭が発生します（視覚、聴覚、嗅覚に影響します）。地域の住民は、このような影響を不快または迷惑に感じることがよくあります。山頂除去の場合、山や丘の頂上が除去され、その下にある厚い石炭層が露出します。除去された土と岩は近くの谷、窪地、窪地に堆積され、水路が塞がれ（汚染されます）。^{[ 10 ] [ 11 ]}

石炭資源を覆う土壌や岩石の表土を除去すると、表土が埋没して失われ、母材が露出し、広大な不毛な荒地が形成される可能性があります。土壌の撹乱とそれに伴う圧縮は、侵食に適した状態をもたらします。露天掘りを行う地域から土壌を除去すると、多くの自然な土壌特性が変化したり破壊されたりし、生物多様性と農業生産性が低下します。土壌構造は、粉砕や凝集体の崩壊によって撹乱される可能性があります。^{[ 10 ]}

石炭採掘による土地への悪影響や、米国における放棄された鉱山の多さに対応するため、連邦政府は1977年に地表採掘規制・復旧法を制定し、将来の石炭採掘現場の復旧計画を義務付けた。これらの計画は、採掘開始前に連邦政府または州当局の承認を得なければならない。^{[ 9 ]}

鉱山の崩落（または地盤沈下）は地上に大きな影響を及ぼす可能性があり、特に開発地域では壊滅的な被害をもたらします。ドイツの地下炭鉱（特にノルトライン＝ヴェストファーレン州）は数千軒の家屋に被害を与えており、炭鉱業界は保険や国の補助金制度の一環として、将来の地盤沈下による被害に備えて多額の資金を確保しています。ドイツのザール地方（歴史的な炭鉱地域）では、特に衝撃的な事例として、2008年に鉱山の崩落が疑われ、マグニチュード4.0の地震が発生し、家屋に被害が出ました。それ以前にも、小規模な地震が頻繁に発生しており、この地域では炭鉱が一時的に停止されていました。^{[ 12 ]}

石炭または石灰石を多く含む亜炭を使用する石炭焚きボイラーは、酸化カルシウム（CaO）を含むフライアッシュを生成します。CaOは水に容易に溶解して消石灰（Ca(OH) ₂）を形成し、これは雨水によって灰の堆積場所から河川や灌漑用水に運ばれます。石灰軟化プロセスは、CaイオンとMgイオンを沈殿させ、水中の一時硬度を除去し、河川水中の重炭酸ナトリウムを炭酸ナトリウムに変換します。 ^{[ 22 ]}炭酸ナトリウム（洗濯ソーダ）は、水中に残っているCaとMgとさらに反応して、総硬度を除去/沈殿させます。また、灰に含まれる水溶性ナトリウム塩は、水中のナトリウム含有量をさらに増加させます。このように、石炭焚きボイラーによってCaイオンとMgイオンが除去され、Naイオンが増加することで、河川水は軟水に変わります。灌漑（地表水または地下水）に軟水を使用すると、肥沃な土壌がアルカリ性ナトリウム土壌に変わります。^{[ 23 ]}河川流域に石炭火力ボイラーや発電所が多数設置されると、さまざまな蒸散や蒸発による損失を除いた残りの水に塩類が蓄積し、河川水のアルカリ度とナトリウム濃度が急激に上昇します。河川水のナトリウム濃度は、中国、インド、エジプト、パキスタン、西アジア、オーストラリア、米国西部などに位置する下流の耕作河川流域に影響を与えます。^{[ 24 ]}

灰池から地表水への汚染物質排出には、通常、ヒ素、鉛、水銀、セレン、クロム、カドミウムが含まれます。^{[ 25 ]}米国では、鉱山排水、石炭貯蔵施設、石炭選炭工場、灰池からの地表水への排出は、国家汚染物質排出削減システム（NPDES）の許可によって規制されています。^{[ 26 ]}

石炭の燃焼によって大量の飛灰が発生し、通常は灰池（湿式貯蔵）または埋立地（乾式貯蔵）に保管されます。重金属などの汚染物質は、裏打ちのない池や埋立地から地下水に浸出し、数十年または数世紀にわたって帯水層を汚染する可能性があります。^{[ 27 ]} EPAは、米国の44か所を地域社会への潜在的な危険として分類しました。このような分類は、嵐、テロ攻撃、構造的欠陥などの事象によって流出が発生した場合、廃棄物処理場が死者や重大な物的損害を引き起こす可能性があることを意味します。EPAは、石炭火力発電所からの灰を保管するために、全国で約300か所の乾式埋立地と湿式貯蔵池が使用されていると推定しています。これらの貯蔵施設には、大気汚染を軽減するために設計された装置によって捕集された灰を含む、石炭の不燃性成分が保管されています。 ^{[ 28 ]}

石炭含有量の少ない地域では、廃棄物はボタ山やスラグ山として積み上げられます。ボタ山での地滑りの問題が英語圏で初めて注目を集めたのは、1966年10月、ウェールズのグラモーガン州アバーファンにあるスラグ山が崩壊し、144人が死亡、うち116人が子供だった事故でした。^{[ 29 ]}ボタ山は泉の上に建設されていたため不安定性が増し、高さもガイドラインを超えていました。大雨による水がボタ山内部に溜まり、構造が弱体化し、突然下の学校に崩落しました。^{[ 30 ]}

安定性に関するより広範な問題は、アバーファン災害以前から知られていました。例えば、1927年にジョージ・ノックス教授の論文で議論されていましたが^{[ 31 ]}、専門の技術者や地質学者、さらには鉱業に直接関わっている人々でさえ、真剣に検討されることはほとんどありませんでした^{[ 32 ]} 。また、アバーファン災害は死傷者を出した最初の地滑りではありませんでした。例えば、1955年には日本の長崎県佐世保市で2回の連続した地滑りにより73人が死亡しました^{[ 33 ]} 。 [ja]

石炭の露天掘りは、野生生物に直接的および間接的な被害をもたらします。野生生物への影響は主に、地表の攪乱、除去、再分配に起因します。影響の中には、短期的で鉱山敷地内に限定されるものもありますが、広範囲にわたる長期的な影響を及ぼすものもあります。

野生生物への最も直接的な影響は、掘削や土砂堆積地における種の破壊または移動です。採掘跡地や土砂堆積地は、ほとんどの野生生物にとって食料や隠れ場所を提供できません。狩猟動物、鳥類、捕食動物などの移動性の高い野生生物はこれらの地域から去ります。無脊椎動物、爬虫類、穴を掘る齧歯類、小型哺乳類などの定着性の高い動物は、破壊される可能性があります。土壌の移動、保管、再分配によって、微生物群集や栄養循環プロセスが乱されます。

水生生物の生息地の劣化は、露天掘りによる大きな影響であり、採掘現場から何マイルも離れた場所でも明らかになることがあります。露天掘りでは、地表水の堆積物汚染がよく見られます。露天掘りの結果、堆積物の収量は以前のレベルの1000倍に増加する可能性があります。^{[ 34 ]}

堆積物が水生生物に及ぼす影響は、種や汚染量によって異なります。堆積物のレベルが高いと、魚を直接死に至らしめたり、産卵床を埋めたり、光透過率を低下させたり、温度勾配を変化させたり、水たまりを埋めたり、河川の流れをより広く浅い場所に分散させたり、他の種の餌となる水生生物の生産量を減少させたりする可能性があります。これらの変化は、貴重な種の生息地を破壊し、望ましくない種の生息地を増加させる可能性があります。米国の一部の淡水魚にとって、既存の環境はすでに限界に達しており、生息地の堆積は絶滅につながる可能性があります。排水路の堆積物による汚染が最も深刻になるのは、通常、採掘後5～25年以内です。一部の地域では、植生のない鉱滓堆積場は、採掘後50～65年経っても浸食が続きます。^{[ 9 ]}

露天掘りの結果として露出した酸性物質の存在は、生息地の消失や一部の種の直接的な破壊によって野生生物に影響を与える可能性があります。低濃度でも、多くの水生生物の生産性、成長速度、繁殖を抑制する可能性があります。酸、低濃度の重金属、高アルカリ性は、一部の地域で野生生物に深刻な被害を与える可能性があります。酸性廃棄物による汚染の期間は長くなる可能性があり、米国東部で露出した酸性物質が浸出するのに必要な時間の推定値は800年から3,000年に及びます。^{[ 9 ]}

2008年の世界保健機関の報告書によると、石炭の微粒子汚染により、世界中で年間約1万人の寿命が縮まっていると推定されている。^{[ 36 ]}環境団体が委託したが、米国環境保護庁が異議を唱えた2004年の研究では、石炭燃焼により米国で年間2万4000人の命が失われていると結論付けられた。^{[ 37 ]}さらに最近では、ある学術研究により、石炭関連の大気汚染による早死は年間約5万2000人と推定されている。^{[ 38 ]} 水圧破砕法による天然ガスからの発電と比較すると、石炭発電は燃焼時に放出される微粒子の量が多いため、10～100倍毒性が高い。^{[ 39 ]}石炭と太陽光発電を比較すると、米国で石炭ベースのエネルギー発電が太陽光発電に置き換われば、後者は年間 51,999 人のアメリカ人の命を救うことができる可能性がある。^{[ 40 ] [ 41 ]}石炭採掘に関連する雇用の減少により、ある研究では、石炭採掘に残っている雇用 1 つにつき、約 1 人のアメリカ人が石炭汚染により早死にしていることが判明した。^{[ 42 ]}

石炭および石炭廃棄物（フライアッシュ、ボトムアッシュ、ボイラースラグを含む）は、ヒ素、鉛、水銀、ニッケル、バナジウム、ベリリウム、カドミウム、バリウム、クロム、銅、モリブデン、亜鉛、セレン、ラジウムなど、約20種類の有害物質を放出します。これらの物質は環境中に放出されると危険です。これらの物質は微量不純物ですが、十分な量の石炭が燃焼されるため、これらの物質が相当量放出されます。^{[ 43 ]}

南アフリカのムプマランガ高地は、鉱業と石炭火力発電所のために世界で最も汚染された地域であり^{[ 44 ]}、有名なクルーガー国立公園近くの低地も新たな鉱山開発計画の脅威にさらされている^{[ 45 ] 。}

燃焼中、石炭と空気の反応により、二酸化炭素（CO₂、重要な温室効果ガス）、硫黄酸化物（主に二酸化硫黄、SO₂）、および様々な窒素酸化物（NOₓ）などの炭素酸化物が生成さ_れます。石炭には_水素と_窒素の成分が含まれているため、空気中での石炭燃焼時には、炭素と硫黄の水素化物と窒化物も生成されます。これらには、シアン化水素（HCN）、硝酸硫黄（SNO₃ _）などの有毒物質が含まれます。

_二酸化硫黄と窒素酸化物は大気中で反応して微粒子と地上オゾンを生成し、長距離にわたって輸送されるため、他の州が健全なレベルの汚染対策を達成することが困難になる。

石炭火力発電所などで使用される湿式冷却塔は、ドリフトや霧を発生させ、これも環境問題となっている。ドリフトには呼吸可能な浮遊粒子状物質が含まれている。海水補給水を使用する冷却塔の場合、ナトリウム塩が近隣の土地に沈着し、土地をアルカリ性土壌に変えてしまうため、植生の肥沃度が低下し、近隣の構造物の腐食も引き起こす。

地下の炭層では火災が発生することがあります。炭層が露出すると、火災のリスクが高まります。風化した石炭が地表に放置されると、地温が上昇することもあります。固い石炭で発生する火災のほとんどは、人や落雷による地表火災が原因です。石炭が酸化し、熱を放散するのに十分な空気の流れがない場合、自然発火が発生します。これは、地下の炭層ではまれですが、備蓄や廃棄物の山でよく発生します。石炭火災が発生すると、煙や有害なガスが大気中に放出され、大気汚染が発生します。炭層火災は地下で数十年燃え続け、森林、家屋、道路、その他の貴重なインフラを破壊する恐れがあります。最もよく知られている炭層火災は、米国ペンシルベニア州セントラリアの恒久的な避難につながった火災かもしれません。 ^{[ 46 ]}

石炭の燃焼により、年間約75 Tg/Sの二酸化硫黄（SO _{2 ）が放出されます。放出された二酸化硫黄は酸化されて気体のH 2} SO ₂となり、太陽放射を散乱するため、大気中の二酸化硫黄の増加は気候に冷却効果をもたらし、温室効果ガスの増加による温暖化の一部を覆い隠します。SO ₂の放出は、生態系の広範囲にわたる酸性化にも寄与しています。^{[ 47 ]}

2011年、米国の発電所は国内の水銀大気汚染物質の半分を排出しました。^{[ 48 ]} 2012年2月、EPAは水銀および大気有害物質基準（MATS）規制を発行し、すべての石炭火力発電所に水銀排出量を大幅に削減することを義務付けました。^{[ 49 ] [ 50 ]}

ニューヨーク州では、風によって中西部の石炭火力発電所から水銀が運ばれ、キャッツキル山地の水が汚染されます。水銀は食物連鎖を上るにつれてメチル水銀に変化し、淡水魚を食べる野生生物と人間の両方に害を及ぼす有毒化合物になります。^{[ 51 ] [ 52 ] [ 53 ]}水銀はミミズに摂取され、ミミズは魚に食べられ、魚は鳥（ハクトウワシを含む）に食べられます。2008年現在、キャッツキル山地のハクトウワシの水銀濃度は過去最高を記録しています。^{[ 54 ]}「人々は、水生食物連鎖の頂点にいる汚染された魚や野生生物を食べることによって、ほぼ完全にメチル水銀に曝露されます。」^{[ 55 ]}海洋魚は、人間のメチル水銀曝露の大部分を占めています。海洋魚におけるメチル水銀の発生源の全容は十分に解明されていない。^{[ 56 ]}

2008年に世界保健機関（WHO）やその他の組織は、石炭粒子状物質による汚染が世界中で年間約100万人の死亡を引き起こしていると計算しました^{[ 36 ]。}これは、すべての大気汚染源に関連するすべての早死の約3分の1に相当します^{[ 57 ]}。例えば、イスタンブールでは肺疾患や癌による死亡が挙げられます^{[ 58 ] 。}

石炭燃焼によって排出される汚染物質には、微粒子（PM2.5）や地上オゾンなどがあります。毎年、利用可能な汚染防止技術を使用せずに石炭を燃焼すると、米国では何千人もの予防可能な死者が出ています。2006年にメリーランド州看護師協会が委託した調査では、メリーランド州の石炭火力発電所6か所からの排出物だけで、メリーランド州で100人を含む全国で年間700人の死者が出ていることがわかりました。^{[ 59 ]}これらの6か所のうちの1つであるブランドンショアーズ発電所に汚染防止装置が設置されて以来、「スモッグの成分である窒素酸化物が90%削減され、酸性雨の原因となる硫黄が95%削減され、その他の汚染物質の割合も大幅に減少した」とのことです。^{[ 59 ]}米国では、2005年から2014年の10年間で、平均して年間26人の炭鉱労働者が死亡しました。^{[ 6 ]}

2001 年に EU が資金提供した ExternE、すなわちエネルギーの外部性と呼ばれる研究では、1995 年から 2005 年までの 10 年間にわたって、外部コストを考慮に入れると、石炭から発電するコストが現在の価値の 2 倍になることがわかりました。これらの外部コストには、石炭から発生する大気中の粒子状物質、窒素酸化物、六価クロム、ヒ素の排出による環境および人間の健康への損害が含まれます。外部の下流の化石燃料コストは、EU の国内総生産 (GDP) 全体の 1 ～ 2% に達すると推定され、石炭が主な化石燃料であり、これはこれらの発生源からの地球温暖化の外部コストを含める前のものです。^{[ 60 ]}この研究では、石炭のみの環境および健康コストは 60 ユーロ/ MWhであり、外部コストが最も低いエネルギー源は原子力発電 ( 1.9 ユーロ/MWh)と風力発電(0.90 ユーロ/MWh)であることがわかりました。^{[ 61 ]}

インテルの研究者によると、中国とインドでマザーボードの故障率が高いのは、「発電のために燃やされる石炭から発生する硫黄を含む大気汚染が原因で、銅製の回路が腐食する」ためであるようだ。 ^{[ 62 ]}