Industry 

 

 

 

 

 

Issue # 62                    March 2013  

Greetings and welcome to the 62nd issue of ASSAY ‐ our national acid sulfate soils newsletter.  

This edition contains a feature article prepared by the organisers of the successful 7th International ASS Conference in Vaasa, Finland; which saw over a hundred participants attending from ten different countries on five continents, sharing their global experiences of acid sulfate soils.  

In other news, the spectre of acidity again raised its head in eastern Australia, following floods earlier this year on the Manning floodplain. As well, Robert Quirk updates us on the Tweed river, floods and fish kills some 25 years after the infamous acid‐caused events of 1987.  There are also stories on the issues surrounding inland ASS since the rains came; an exploration of potential areas for overlap within the field of acid mine drainage; plus a recognition of the services of recently retired NatCASS chair Bernie Powell. 

I hope that you enjoy reading this latest issue and thanks once again for the continued support of the Federal, State and Territory governments that help us to keep ASSAY coming to you. 

              Happy reading… Simon

Stories and places… 

Pg 18: Acidity plumes in the Manning River 

Pg 13: Bernie Powell’s retirement 

Pg 9: Tweed ‐ floods and fish kills, 25 years on 

Pg 7 & 8: Inland ASS in the Murray Darling 

Pg 2: Finland ‐ Summary of the 7th ASS conference 

Pg 11: Acid mine drainage ‐ links with ASS science & mgt 

 

ASSAY # 62                  March 2013 

 

2

 

7th International Acid Sulfate Soil Conference  Vaasa, Finland ‐ August 26 ‐ September 1, 2012 

Peter Edén and Peter Österholm  

The 7th International Acid Sulfate Soil Conference (IASSC) under the theme “Towards Harmony between Land Use and the Environment” was held in Vaasa, Finland during the last week of August 2012. It was jointly organized by the Geological Survey of Finland (GTK) and the Acid Sulfate Soil Working Group of the International Union of Soil Sciences (ASS WG), and it included:  

• a pre‐Conference tour to the Kvarken Archipelago World Heritage Site 

• a welcome reception hosted by the city of Vaasa 

• three days with oral sessions, including a half‐day public session, and poster sessions  

• a mid‐Conference field tour to the Söderfjärden impact crater, now filled with cultivated Acid Sulfate Soil and two mitigation test fields in the area   

• a Conference dinner 

• two post‐Conference one‐day excursions along the coast (NE) and inland (E) from Vaasa. 

The Conference was attended by 112 participants from 10 countries: Finland 76, Sweden 14, Australia 12, USA 2, Nigeria 2, Malaysia 1, Thailand 1, Poland 1, Czech Republic 1, the Netherlands 1, China 1, and 8 accompanying persons. It was encouraging to note that several planning officers and consultants were also participating. Finding suitable management solutions in ASS areas requires close cooperation and communication between land owners, environmental officials, land planners and politicians. With this in mind, two sessions that were open to the public were devoted to the “Stakeholders View” and most notably included presentations by the widely‐recognised “role model farmer”, Robert Quirk from Australia, and Mats Nylund from Finland, who is both a member of the Finnish Parliament and a farmer with ASS. The Conference received good media coverage on national television, radio and newspapers. 

The Conference was opened by ASS WG chair Peter Österholm from the Åbo Akademi University, Olli Breilin from GTK and Ville Keskisarja from the Ministry of Agriculture and Forestry. The opening lecture, “Acid sulfate soils and their management: a global perspective”, was given by Leigh Sullivan (Southern Cross University, Australia). This can be read in ASSAY # 61.  

The program included a mix of both pure scientific and applied approaches. The presentations in the 7th IASSC reflect the broad scope of issues that are related to ASS, including biogeochemical soil processes, soil mapping, classification and characterization, environmental effects and management issues in a changing climate. The oral presentations (35) and the posters (30) were grouped under these themes:  

• Processes 

• Biota 

• Soil characteristics, classification, mapping 

• Public seminar: Sustainable land use of acid sulfate soils 

• Management of acid sulfate soils 

• Management of Greenhouse gas emissions. 

 

Five nationalities (Poland, Finland, Netherlands, Australia and Malaysia) in an ASS pit. Professor Markku Yli‐Halla, in front (with brown cap), is demonstrating the well structured ASS with an underlying black monosulfidic layer. Professor Leigh Sullivan, in the middle (with the highest cap), is the Vice‐Chair of the IUSS ASS Working Group.  

Photo: Vincent Westberg.  

 

 

Mixing chemicals in water used for subsurface irrigation to inhibit microbial oxidation of sulfides. 

 

ASSAY # 62                  March 2013 

 

3 

A Working Group meeting with 26 participants was held at the end of the Conference. Main topics discussed were the proposed ASS symposium at the 20th World Congress of Soil Science in Korea 2014 and proposals for the 8th International Acid Sulfate Soil Conference, scheduled to be held in 2016. 

This was the first International Conference on ASS in the boreal zone. The area is profoundly different from other known ASS areas in the world due to the glaciated terrain with rapid post‐glacial land uplift. Sulfide‐bearing soil materials along the Finnish and Swedish coastline were, and are, being deposited in the brackish Baltic Sea from where they have been raised up to c. 90 m above the current sea level since the last ice age.  

Prior to the Conference, a tour was arranged to the UNESCO World Heritage Site (Kvarken Archipelago) in the nearby archipelago. The area, which received its status on geological grounds, gave the international participants an opportunity to see the rough glaciated terrain, including some of the best preserved De Geer moraines in the world that very recently have emerged from the sea.  

The mid‐Conference excursion, which had over 100 participants, was held on farmlands near sea level close to Vaasa. This field excursion included demonstrations covering (1) trials on how sulfide oxidation on ASS may be minimized by subsurface drainage, subsurface irrigation, and by‐pass flow prevention as well as with chemical oxidation inhibitors, (2) field methods for mapping acid sulfate soils, (3) description of ASS and (4) water and greenhouse gas monitoring at a test site.  

The two‐day post‐Conference excursion covered a larger area within 100 km of Vaasa and was attended by 30 persons. Sites visited included both young and old ASS farmlands, subaqueous ASS materials, road construction works on ASS, peat and forest underlain by ASS as well as sites along main water courses in the area. 

The outcomes of the Conference are listed and can be downloaded/read/watched at the sites below: 

The Conference abstracts have been published by the Geological Survey of Finland at: http://arkisto.gtk.fi/op/op56/op_056.pdf

Oral presentations Mid-conference tour Guidebook (pdf, 5 MB) Post-conference excursions Guidebook (pdf, 14 MB) Photos and Videos  

 

THANKS! The organisers want to thank all those who helped us to make the Conference a successful one. We also want to thank all the participants for excellent presentations, a good and inspiring spirit and good company. We will meet again in South Korea in 2014 and/or at the 8th IASSC in 2016! 

HEAD ORGANISERS: 

The Geological Survey of Finland  The Acid Sulfate Soil Working Group of the International Union of Soil Sciences.  

In cooperation with: 

Åbo Akademi University (ÅA), University of Helsinki (HY), MTT Agrifood Research Finland, Finnish Environment Institute (SYKE), Centre for Economic Development, Transport and the Environment (EPO ELY), Finnish Game and Fisheries Research Institute (RKTL), Novia University of Applied Sciences (NOVIA), Vaasa University of Applied Sciences, (VAMK), ProAgria ÖSL, the Rural Advisory Centre of Ostrobothnia, ÖSP, the Swedish‐speaking Farmers Union in Ostrobothnia, Finnish Society of Soil Sciences. 

 

ASSAY # 62                  March 2013 

 

4

    

Demonstration of the installation of a vertical plastic        Professor Delvin Fanning (USA) likes the smell of boreal  

membrane to prevent by‐pass flow in fields with                peatland sulfides.                Photo: Peter Österholm. 

controlled drainage. 

The Conference was very well organized thanks to the many people participating in the different Conference Committees and the Conference sponsors.  

Most notably, Doctor Peter Edén (Chair of the Executive Committee) and his colleagues at GTK did the great bulk of necessary work. Peter Österholm, chair of the IUSS ASS WG and chair of the Scientific Committee, land planner Rainer Rosendahl and professor Markku Yli‐Halla from Helsinki University were members of the Executive Committee and are to thank for arranging the splendid Conference excursions.  

Other important contributors helping with the arrangements include Esa Koskenniemi and his colleagues at the regional Environmental Centre (EPO ELY), Sten Engblom and Pekka Sten with colleagues from the local universities of Applied Sciences (Novia and VAMK).  

Moreover, the ASS WG Vice‐Chair Professor Leigh Sullivan from Southern Cross University, Australia, gave valuable advice throughout the process.  

 

 

 

ASSAY # 62                  March 2013 

 

5

 

Excursion to a peatland site underlain with sulfides. Peter Edén (Chair of the Executive Committee) to the left, Jaakko Auri (GTK) in the middle and Professor Rob Fitzpatrick (Australia) to the right. 

 

Response from participants (we have received only positive responses) 

In ASSAY # 61, September 2012:  

The 7th International Acid Sulfate Soils Conference was held .......  in Vaasa, Finland. Preliminary reports indicate that the event was an unqualified success with a series of innovative and informative presentations. The field trips were also very well received with large walk‐in trenches excavated to provide unobstructed views of the local soil profiles and acid sulfate soil conditions.  

“I believe that yours was the best organised and most enjoyable scientific conference I have ever attended. Many, many congratulations to all of you who were involved in the organisation and presentation of the whole thing. I found many of the paper presentations very interesting and thought‐provoking”.  

“Once again I would like to thank you and your great team on producing what we all believe has been the best International Acid Sulfate Soil conference ever!  PS ‐ I have attended every one since 1992 (last 4)”.  

Top tips: Sulfate‐reducing bacteria 

http://en.wikipedia.org/wiki/Sulfate-reducing_bacteria

 

  

 

ASSAY # 62                  March 2013 

 

6 

 

Lime trial aims to combat acidic soil on Murray River  

Clare Peddie                The Advertiser 1st Oct 2012 

 

The trial to neutralise acid flowing into the Murray River is believed to be a world‐first.        Barry Griffin, AdelaideNow  

 

Acidic groundwater loaded with heavy metals is draining from farms on the Lower Murray into the river, prompting authorities to experiment with methods to heal damage done by drought and over‐allocation.  

From today, the Environment Protection Authority, the Murray ‐ Darling Basin Authority, CSIRO and SA Water, will try to neutralise the acid by injecting lime about 700 mm underground to the affected soil. The trial is believed to be a world‐first. 

The problem emanates from low water levels exposing acid sulfate soils to oxygen in the air, causing a chemical reaction that releases sulfuric acid. This acid leaches metals, such as aluminium, manganese and iron, from the soil. 

This chemical cocktail is then pumped into drainage channels that flow into the river, so that irrigators can continue working on the fertile soils that remain. 

EPA Murraylands manager Peter Scott said the scope and the depth of the problem was unheard of. About 3 500 ha of land between Mannum and Wellington are affected.  

"The rest of the basin has recovered quite well from the drought, but this area is still wounded," Mr Scott said. 

"It's going to take a lot of time and resources to repair it." 

 

 

ASSAY # 62                  March 2013 

 

7

 

Wetland resilience ‐ Bottle Bend 

Murray Darling Wetlands Working Group 

http://www.environment.gov.au/water/publications/environmental/wetlands/wetlands-australia/wa21/droughts-and-floods-wetland-outcomes/bottle-bend.html

Bottle Bend in Mildura, New South Wales has become an "icon site", but is famous for all the wrong reasons. Bottle Bend Lagoon was a bright orange, muddy depression surrounded by ghost white trees with no leaves and pervaded by the smell of rotten egg gas. 

Anybody standing nearby would have wondered if they had stepped into a science fiction movie. But the science of this wetland was no fiction. Acid sulfate soils buried beneath the wetland became exposed to the air during the prolonged drought, resulting in acidic water and the death of fish, trees and plants.  

Bottle Bend was featured in the national press as a symptom of the prolonged drought and as an example of what the future might hold for the Murray‐Darling Basin. 

Bottle Bend affected by acid sulfate soils in 2007. (Murray Darling Wetlands Ltd) 

Together with The Murray‐Darling Freshwater Research Centre, the NSW Murray Wetlands Working Group (now Murray Darling Wetlands Working Group) was successful in gaining funds from the National Water Commission to better understand the science behind acid sulfate soils in inland floodplain wetlands and to determine what can be done to prevent the problem occurring at other wetlands (see Action Support Tool 

 

ASSAY # 62                  March 2013 

 

8

 for managing sulfide sediments

ned to Bottle Bend thanks to  is 

 

 

 will build on previous and 

t 

 in inland waterways). 

Water has now returhigh flows in the Murray River—the transformationremarkable. Aquatic and riparian plants are returning and ducks and pelicans are a common sight. While still on its way to recovery, the Bottle Bend wetlandhas shown a resilience that provides some hope for other wetlands affected by acid sulfate soils. 

Through funding and a partnership with the LowerMurray Darling Catchment Management Authority, the Working Group is now investigating future options for Bottle Bend. 

A management plan thatcurrent work within the region and provide a 

management framework to implement environmental flows into the lagoon is needed. A managemenplan will also enable active adaptive management and learning to help understand water management in this type of system throughout the Murray‐Darling Basin. 

Bottle Bend, looking healthier in May 2012. (Murray Darling Wetlands Ltd) 

Floods, acid and fish kills on the Tweed River, NSW 

Robert Quirk, Tweed, NSW                 22 February 2013 

The reports of fish kills in the Tweed River date back to European settlement, in particular after long dry periods followed by heavy rainfall. One of the first was in 1893, when farmers were able to shovel dead fish off the river banks and put them on crops for fertilizer, at that time it was estimated that there were thousands of tons of dead fish.  

The first newspaper reports date back to 1923 when it was reported that discharges from McLeods Creek had caused the death of fish in the area. Each time there had been a fish kill the sugar mill had been blamed, although the mill was not crushing, and aluminium rich water was thought to be the cause at that time. These fish kills have continued, with significant events following the floods of 1954, 1967 and 1974. The subsequent fish kill in 1987 drew major attention and action at all levels of government when the river was devoid of all aquatic life for 18 months. This event has now been accepted as having been caused by the development and intensive drainage of 40 ha of low‐lying land for agriculture.  

The local government authority called in scientists from CSIRO and UNSW to establish what the problem was and what had caused this devastating event. By 1992 a working group had been set up to look at the causes, the group by now included farmers as well as scientists. With the aid of Federal Government funding, a whole suite of farming practices were trialled ‐ some successful, others not.  

During the next ten years, nine PHD studies were carried out in the McLeod's Creek drainage area, providing an insight into what may have been causing the problem. These studies showed that it would be impractical to neutralize all the acidity in the landscape (as much as 50 t per ha of sulfuric acid equivalent, with the potential for much more). The studies also found that by laser levelling the fields for better drainage, liming the soil, increasing organic matter and installing automatic pumps, a reduction in acid discharge around 80% could be achieved.  

During 2012 the Tweed experienced one of the driest periods in living memory, with just 400 mm of rainfall from mid‐July until the 20 January 2013. One would have to say the alarm bells were going off when we received 1 100 mm in the upper catchment over the next week and an intense east coast low settled over us. Every thing was right for a major fish kill. At the time of writing, three weeks after the rain event the system still seems quite healthy. We may experience fish kills in the future as the acid is still in the landscape, although the containment of the acidity seems to be working. 

 

 

ASSAY # 62                  March 2013 

 

9Recent flooding on the Tweed, inundating cane paddocks 

Doctoral thesis – Mitch Tulau 

 

Mitch Tulau’s doctoral thesis ’Lands of the Richest Character ‐ Agricultural Drainage of Backswamp Wetlands on the North Coast of New South Wales, Australia: Development, Conservation and Policy Change’ tells the story of the historic and current management of the coastal floodplains of northern NSW.  

The work begins by using historical data to map the extensive open freshwater backswamps that once occupied large areas of the floodplains. It then examines the history and effectiveness of early drainage unions and trusts, the role of government in the construction of major flood mitigation schemes and the impacts of those schemes.  

The second part deals with events and issues beginning in the 1970s that brought major drainage works to a close, the means by which governments have attempted to respond to environmental degradation, and the key issues and constraints confronting floodplain policy‐makers today concerning the remediation of degraded areas. A number of case studies examine a range of devices that governments increasingly employ to control land use on floodplains, including the return of degraded lands to public control and ownership.  

This document offers a valuable reference work for academics, natural resource managers and government regulators who are interested in the environmental history of the coastal floodplains of northern NSW, and is available at:  

http://epubs.scu.edu.au/cgi/viewcontent.cgi?article=1279&context=theses

 

Using a dragline to excavate swamp drains in the Macleay c. 1960s 

 

ASSAY # 62                  March 2013 

 

10

ASS and links with acid mine drainage 

Evan Knoll, DPI/Southern Cross University internship student 

Environmental issues resulting from human‐induced Acid Mine Drainage (AMD) and disturbance of Acid Sulfate Soils (ASS) are well documented. However, there is little recognition regarding the similarities and possible knowledge‐sharing opportunities of management and remediation techniques between the two.  

In brief, AMD and ASS drainage both occur when sulfide‐bearing material, predominantly pyrite (FeS2) is exposed to oxygen and water, the result of which is the release of sulfuric acid and dissolved iron into solution. AMD also occurs with other metals replacing the iron; other examples including zinc, copper and nickel. The oxidation of pyrite can be described by the following reaction:  

2FeS2 + 7O2 + 2H2O → 2Fe2+ + 4SO42‐ + 4H+. 

Pyrite is generally stable in the anaerobic environments in which it is formed, but as a result of anthropogenic disturbance, oxidation rates and subsequent environmedegradation have been greatly exacerbated.  

 

ASSAY # 62                  March 2013 

 

11

ntal 

d, 

The degree to which AMD and ASS may discharge acid is dependant upon a number of factors including; the quantity of pyrite to be oxidisetemperature variations, hydrological regimes, and the 

management measures imposed upon the discharge site.  

Since the identification of ASS issues, preventative methods including the use of modified floodgates have been partly successful in ASS landscapes. However, they are unable to remediate acidity present in the soil, or prevent pyrite oxidation in drainage areas and as such new management technologies need to be identified if ASS effects are to be completely mitigated. Furthermore, after three decades of ASS research in Australia, a suitable cost‐effective management strategy has not been developed to continuously neutralise acidic discharge.  

The management of AMD is one of the most serious environmental problems resulting from the mining 

industry, and as such, its production and remediation have been comprehensively investigated through research initiatives by the mining industry, universities and government departments.  

One report estimated the costs for preventing AMD on an average operational mine site in Australia to be around $40 000 per ha and, for the industry as a whole, expenditure of managing potential acid generating wastes was estimated to be about $60 million per year.  

 

ASSAY # 62                  March 2013 

 

12

It was also identified that remediation costs associated with acid drainage from historic/abandoned mine sites required significantly greater investment at around $100 000 per ha. With around 681 abandoned mine sites classified as containing acid leaching sulfide materials in Tasmania alone, the issue and potential scale of AMD is clear. 

The main issues with AMD products include low pHs, high concentrations of dissolved heavy metals and high levels of sulfates. Predominant sources of AMD originate from waste materials that are derived from almost all mining activities. Waste materials 

generally take the form of spoil piles, tailings dams, heap‐leach piles and diffuse seeps from replaced overburden in rehabilitated areas.  

A survey conducted on Australian mines that had acid generating waste potential showed each site had an average extent of 20 Mt of waste rock covering 46 ha and about 14 Mt of tailings covering 94 ha. 

NB. The second part of this feature will appear in the next issue of ASSAY and will examine key remediation techniques used in the AMD industry. 

Further information 

http://en.wikipedia.org/wiki/Acid_mine_drainage

http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/23032774

http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0048969704006230

http://www2.plymouth.ac.uk/science/cornwall/Sites/Site_Wheal_Jane.html

 

Bernie Powell, Chair of NatCASS retires after a distinguished career 

Rob Fitzpatrick, Acid Sulfate Soils Centre (ASSC), University of Adelaide  

Bernie Powell, Chair of the National Committee for Acid Sulfate Soils (NatCASS) retired from the Queensland Department of Science, Information Technology, Innovation and the Arts (DSITIA) earlier this year in February 2013.   

2001: Bernie networking after giving a keynote talk on ASS at Barker Inlet, SA. 

Bernie’s almost 40 year distinguished career in the Queensland Government has spanned several discipline areas in natural resource management.  He is highly respected for his genuine and intense expertise in pedology, soil mapping, land use, policy and regulatory issues, especially relating to Acid Sulfate Soils (ASS). The significance of integrating these areas of soil science is generally unrecognized.  By combining these skills together with his development of the methodologies and concepts he and his Queensland Acid Sulfate Soils Investigation Team (QASSIT) have contributed new knowledge and approaches to our understanding of the distribution of (ASS) as well as its origin, properties and management. 

Bernie has always enjoyed scientific challenges, has good industry and natural resource management vision and has a diverse range of scientific skills to examine issues from the micro‐niche to broader landscape/environmental scales. For example, he has actively been involved in the following range of studies covering a wide range of topics / disciplines in soil science relevant not only to Natural Resource Management: 

• Establishing and leading the Queensland Acid Sulfate Soils Investigation Team (QASSIT) with activities, which includes: 

o providing general and technical advice on acid sulfate soils, 

o mapping acid sulfate soils, 

o conducting an education program, 

o preparing technical guidelines on sampling, laboratory analysis and managing ASS, 

o providing advice on environmental codes of practice for industry, 

o planning and development assessment involving ASS, 

o QASSIT has strong links with local government, state government departments, universities, CSIRO, interstate departments, community groups and international experts. 

 

ASSAY # 62                  March 2013 

 

13

• Contributing to the development of the national soil information system: Australian Soil Resource Information System (ASRIS – see www.asris.csiro.au), demonstrating what is possible in terms of soil, landscape and regolith spatial data for Australia.  

 

ASSAY # 62                  March 2013 

 

14

 

 

2002: Bernie after falling into the only ASS with sulfuric material on Eyre Peninsula (EP) during a two week field trip from Adelaide to Ceduna and across EP sampling ASS for the first Atlas of Australian Acid Sulfate Soil map.

• Contributing strongly to the development of the soil‐landscape classification system used to construct the legend for the Atlas ofAustralian Acid Sulfate Soil map uploaded to ASRIS. 

• Considerable input into the nationalsystem of soil classification (The Australian Soil Classification), especially being instrumental in the development and inclusion of the new Acid Sulfate Soil terms and classification of revised horizon classes. 

• Landscape and soil information for land managers and others throughout Queensland. 

• National registration of the “State Soil” for Queensland. 

• Greatly influencing the development of landscape and soil mapping in support of solving natural resource management problems. 

Bernie is a professional manager and leader.  He is an astute listener, quietly efficient, easy to work for and with; decisive, never displaying frustration or anger; disciplined and organised; and prepared to delegate. Having prepared the groundwork and clarified the objectives, he would frequently leave it to his able lieutenants such as Col Ahern and Angus McElnea and others to carry out the task. 

Bernie has successfully managed to integrate his major soil mapping programs and soil training courses in such a way as to stimulate and instruct scientists from several states across Australia, farmers, community groups and students involving both field and laboratory work. Clearly, Bernie possesses the “energy and drive” to assist and motivate fellow scientists, staff and land managers to achieve improved productivity, better service delivery and the desired goals.   

2006: Soil Science Society of Australia field trip to South East of SA to view ASS in Lake Alexandrina & “terra rossa” soils in Coonawarra wine region (bottom left), Bernie and Ben Harms (right). 

 

His amazing ability over time and time again to integrate scientists (“gently banging heads”) to work together and achieve good outcomes from vastly different organisations such as CSIRO, universities, consultants, government agencies (Federal and from all states), students and communities has been remarkable!  For example, since 2001 he has been invited to South Australia (and other States, such as Tasmania) on several occasions to advise scientists on a wide range of coastal and inland ASS issues, which has invariably also involved workshops, high level meetings and field trips. 

Most importantly, Bernie has kept‐up a keen level of interest and strong support to the Australian Society of Soil Science Inc. (now Soil Science Australia) with a high level commitment at local branch, state and federally – and organizer of National/International field trips and attendance of field trips, such as depicted in the images above from 2006. 

Bernie is viewed as “a team player” because he has successfully managed to integrate over a sustained period of time his broad practical knowledge of ASS and administration activities involving field, mapping and laboratory work in such a way as to assist and stimulate fellow scientists and students.  For example, he has represented Queensland for over 15 years at national level on the: (i) National Collaborative Committee on Soil & Terrain (formerly the National Working Group on Land Resource Assessment) and (ii) National Committee for Acid Sulfate Soils (NatCASS) as Deputy Chair from 1999 to 2009 and more recently as Chair from 2010 to 2012.   

 

 

 

 

ASSAY # 62                  March 2013 

 

15

In summary, Bernie is quietly confident (with just reason), energetic, a self‐starter and immensely knowledgeable in the above mentioned wide areas of soil and environmental sciences.  The accompanying selection of photographs of “Bernie in real action” during several NatCASS meetings and field trips across Australia, should serve to illustrate the wide range of interesting environments and activities with which he was engaged.  

2007: Bernie during the Darwin NatCASS field trip discussing sulfidic material in mangroves (left) and sulfuric material with orange coatings of schwertmannite in Adelaide River (right). 

2008: Bernie pointing to surface precipitates of suspected schwertmannite in sulfuric material during a field trip to the Clarence Floodplain 

2008: Bernie giving a lecture on Queensland ASS guidelines and policy during the regional forum on ASS at Grafton held prior to the NatCASS meeting in Yamba, NSW. 

 

ASSAY # 62                  March 2013 

 

16

2009: Cairns Queensland NatCASS field trip at East Trinity: Bernie with Jason Hill in the paddock with sulfuric material undergoing rehabilitation (left) and Bernie demonstrating the operation of the tidal gates (right) to enable the controlled inundation of the ASS‐affected landscape. 

 

ASSAY # 62                  March 2013 

 

17

2011: Bernie during the Newcastle NatCASS field trip in the lower Hunter River wetlands areas (Chrisy Clay in background) (Left) – Bernie relaxing at Newcastle airport after NatCASS meeting (right). 

 

Perfect storm for toxic acid plumes in NSW rivers 

Source: University of NSW media unit                       28 February 2013 

In the wake of heavy flooding, poisonous acid plumes are beginning to form in coastal rivers across New South Wales causing severe environmental damage that will continue unless natural wetlands are restored, UNSW researchers warn.  

As floodwaters drain from agricultural lands back into tidal rivers, large volumes of sulphuric acid are released from the soil and transported into the rivers, along withtoxic levels of iron, aluminium and other heavy metals that can kill fish, oysters and other marine organ

“The acid in

 

isms. 

 these soils has been  

t 

ly 

 a factory releasing acid it 

.” he  

 

ASSAY # 62                  March 2013 

 

18

created by the historical practice ofdraining wetlands,” says Dr William Glamore, a Senior Research Fellow athe Water Research Laboratory at UNSW. “The prolonged dry season combined with heavy rainfall recenthas created the perfect storm for acid plumes.” 

“If this waswould be hundreds of tonnes worth pouring out into an estuary and there would be mass media coverage and a major clean‐up effortsays. “It’s car battery levels – you shouldn’t swim in it, you shouldn’t touch it, or go near it, yet it’s notbeing publicised.” 

Acid plumes forming in the Manning River in Taree, NSW        (Credit: Brad Diebert) 

Glamore says the plumes can extend down river for tens of kilometres, moved by the tides, and often turn orange because of the high iron concentrations. He says they are damaging to the environment and major fish kills in coastal rivers have previously been reported in NSW.  

“An ideal pH level for coastal rivers is above seven, which is neutral. A bad level is five, and we’re seeing these rivers down between pH levels of two and three, which is at the extreme end,” he says. 

Glamore and colleagues from the UNSW Water Research Lab, part of the School of Civil and Environmental Engineering, have been monitoring a stretch of the lower Manning River in Taree, NSW – one of the first rivers in the state to turn acidic. Their aim has been to measure the acid event as it develops and track the acid plume down the river, which they have been doing with high‐precision probes and aerial surveys. 

“While we know acid discharges occur after flood events, limited efforts are undertaken to measure the plume or assess the environmental damage,” he says. 

Glamore says the solution is to restore degraded wetlands back to their original state. He has been involved in successful restoration efforts at other acid sites in the Shoalhaven, Hunter, Clarence and 

Tweed Rivers, where significant improvements in water quality have been recorded.  

“These projects typically involve restoring tidal flows or redesigning the landscape to reduce and neutralise acid at its source,” says Glamore. “A prioritised network of restoration sites is immediately required along with sufficient funds to return these sites to healthy wetlands.” 

The Greater Taree Council and Wetland Care Australia have both assisted the UNSW researchers with their project on the Manning River. 

Read the story in the Sydney Morning Herald.  

Raising awareness of acid sulfate soils 

Emily Griffith, Environmental Earth Sciences  

Environmental Earth Sciences recently held a series of technical seminars on Acid Sulfate Soils (ASS). With over 70 people in attendance at the sold‐out seminars held across three locations on the East Coast, Environmental Earth Sciences is working to raise the profile of ASS to the construction and development industry and to increase the industry’s awareness of these particular soils. 

 

Technical seminar to raise the profile of acid sulfate soils to the construction and development industry.                   Photo: Laura Boland 

 

The first seminar was held in Melbourne, where awareness of potential issues associated with developing land on potential ASS in Victoria has possibly not been fully appreciated until relatively recently.  

Whilst legislation has been in place to manage these soils since 1999 in Victoria, guidelines for assessment and management (as well as strategic development) have only been available since 2009/2010.  

 

ASSAY # 62                  March 2013 

 

19

The Victorian Departments of Sustainability and Environment (DSE) and Primary Industries (DPI) have however, been actively working on this issue since at least 2002. It has been very pleasing to see the resultant increasing level of stakeholder interest in ASS in Victoria relating to this issue, in particular from private landholders, large infrastructure managers and local and state government. 

The other seminars were held in the more established markets of NSW and QLD, however despite this  the level of interest was also very pleasing. Environmental Earth Sciences continues to work hard to raise the ‘scientific’ profile rather than just ‘proscribed management’ (reading: liming rate determination) aspects of ASS in these States. We have found that landholders, developers, construction managers and regulators are interested in the science rather than just getting the ‘box ticked’, despite perceptions of the market place.  

Field assessment of an ‘actual acid sulfate soil’ that had been stockpiled ex‐situ for over 10 years.    Photo: Katy Kijek 

This means that ASS assessment and management can continue to be undertaken, with scientific rigour and using innovative management options, in order to minimise costs to landholders and most importantly, the environment. 

For more information, please contact Emily Griffith on (02) 9922 1777 or email eesnsw@environmentalearthsciences.com 

 

Latest publications 

 

Astrom ME.  Osterholm P.  Gustafsson JP.  Nystrand M.  Peltola P.  Nordmyr  L.  Boman A. 2012. Attenuation of rare earth elements in a boreal estuary. Geochimica et Cosmochimica Acta. 96:105‐119.  This study focuses on attenuation of rare earth elements (REE) when a boreal

creek, acidified and loaded with REE and other metals as a result of wetland

drainage, empties into a brackish-water estuary (salinity < 6 parts per

thousand). Surface water was collected in a transect from the creek mouth to

the outer estuary, and settling (particulate) material in sediment traps

moored at selected locations in the estuary.

20

Ultrafiltration, high-resolution ICP-MS and modeling were applied on the

waters, and a variety of chemical reagents were used to extract metals from

the settling material. Aluminium, Fe and REE transported by the acidic creek

were extensively removed in the inner/central estuary where the acidic water

 

ASSAY # 62                  March 2013 

 

 

ASSAY # 62                  March 2013 

 

21

was neutralised, whereas Mn was relatively persistent in solution and thus

redistributed to particles and deposited further down the estuary. The REE

removal was caused by several contemporary mechanisms: co-precipitation with

oxyhydroxides (mainly Al but also Fe), complexation with flocculating humic

substances and sorption to suspended particles. Down estuary the dissolved REE

pool, remaining after removal, was fractionated: the < 1 kDa pool became

depleted in the middle REE and the colloidal (0.45 mu m-1 kDa) pool depleted in

the middle and heavy REE.

This fractionation was controlled by the removal process, such that those REE

with highest affinity for the settling particles became most depleted in the

remaining dissolved pool. Modeling, based on Visual MINTEQ version 3.0 and the

Stockholm Humic Model after revision and updating, predicted that the

dissolved (< 0.45 mu m-1) REE pool in the estuary is bound almost entirely to

humic substances.

Acid sulphate soils, the source of the REE and other metals in the creek

water, are widespread on coastal plains worldwide and therefore the REE

attenuation patterns and mechanisms identified in the studied estuary are

relevant for recognition of similar geochemical processes and conditions in a

variety of coastal locations.

 

Degens BP. Muirden PD. Kelly B. Allen M. 2012. Acidification of salinised waterways by saline groundwater discharge in south‐western Australia. Journal of Hydrology. 470‐471: 111‐123. 

Regional acidification of surface waters is occurring in south-western

Australia that is coupled with dryland salinity and acidity carried by rising

groundwater.

We report on basin-scale influences of acidic saline groundwater discharge on

surface water chemistry in the Swan-Avon Basin investigated through 7 years of

annual base-flow and lake water quality snapshots. This is linked with

analysis of temporal hydrochemistry and discharge at two sites in the basin to

assess historic patterns.

At least 350 km of major waterways and tributaries in the Swan-Avon Basin were

found to exhibit base-flow acidity (pH < 4.5) along with low-level waters in a

number of lakes. Acidity appears linked with saline groundwater discharge,

contains high concentrations of aluminium, iron and manganese and a range of

trace elements (e.g. Pb, Cu, Ni, Zn). There is evidence that acidification has

been occurring for at least 30 years and is linked with increased diffuse

discharge of saline groundwater in the salinising landscape.

However, base-flow acidity in some sub-catchments can be attributed to point

discharge from agricultural groundwater drains used to mitigate salinsation of

land. Managing acidification of base-flows requires containing diffuse

acidification in salinising landscapes and practical options so that

landholders can treat point discharge of acidic groundwater from drains.

This investigation highlights that the influence of groundwater discharge on

stream water quality in salinising landscapes is not limited to salinity and

can also include acidification, particularly in deeply weathered regolith.

 

ASSAY # 62                  March 2013 

 

22

 

Burton ED.  Johnston SG. 2012. Impact of silica on the reductive transformation of schwertmannite and the mobilization of arsenic. Geochimica et Cosmochimica Acta. 96:134‐153. 

Schwertmannite is an important Fe(III) mineral in acid-sulfate soil and acid-

mine drainage environments because it is both widespread and highly reactive

towards trace elements, such as As. Transformation of schwertmannite to more

crystalline phases, such as goethite, may strongly influence As mobility.

However, previous research suggests that the rate and extent of schwertmannite

transformation can be strongly retarded by the presence of Si - a ubiquitous

species in natural waters.

The present study examines the impact of Si on reductive transformation of

schwertmannite and the associated behavior of Fe and coprecipitated As.

Synthetic As(V)-coprecipitated schwertmannite (Fe8O8(OH)4.2(SO4)1.9(AsO4)0.0005)

was subjected to microbially-mediated reducing conditions for 126 days in the

presence of three environmentally-relevant Si concentrations (0, 1.9 and 9.5

mM Si). In addition, complementary sorption experiments and short-term abiotic

mineral transformation experiments were conducted to examine the interactive

impacts of Si and Fe2+ on schwertmannite stability.

Sorption experiments revealed negligible Si sorption to schwertmannite under

acidic conditions, with Si sorption only being important towards near-neutral

pH. In the 126 day biotic incubations, the onset of reducing conditions in the

initially acidic schwertmannite suspensions stimulated dissimilatory Fe(III)

reduction, producing Fe2+ and simultaneously causing pH to increase to around

6.5. Sorption of Si to the schwertmannite surface at this near-neutral pH

partially retarded the rate of Fe2+-catalyzed transformation of schwertmannite

to goethite. However, the effect of Si was minor under microbially-reducing

conditions, with Fe2+ catalyzing rapid schwertmannite transformation even in

the presence of abundant Si.

Our short-term abiotic experiments demonstrate that the limited effect of Si

is a consequence of Fe2+ being produced concurrently with increases in pH. This

allows Fe2+-schwertmannite interactions to proceed prior to the formation of

surface-passivating Si species. The Fe2+ catalyzed transformation of As5-

coprecipitated schwertmannite to goethite caused a major increase in PO4

3--

extractable As, but had little effect on aqueous As concentrations. The

reduction of Fe3+ and the subsequent onset of dissimilatory SO4

2- reduction led

to formation of siderite (FeCO3) and mackinawite (FeS), respectively.

The reduction of As(V) to As(III) was associated with the Si-dependent

mobilization of As into the aqueous phase. There was a concurrent decrease

over time in the concentrations of PO4

3--extractable As, which occurred

independent of Si concentrations and appeared to be related to formation of

siderite and mackinawite.

The findings from this study provide new insights into the evolution of iron

mineralogy and associated arsenic mobility following the establishment of

reducing conditions in schwertmannite- and Si-rich environments.

 

ASSAY # 62                  March 2013 

 

23

Unland NP.  Taylor HL.  Bolton BR.  Cartwright I. 2012.  Assessing the hydrogeochemical impact and distribution of acid sulphate soils, Heart Morass, West Gippsland, Victoria. Applied Geochemistry, 27(10):2001‐2009. 

The hydrogeochemical processes associated with the precipitation and oxidation

of pyrite during the development of acid sulphate soils were investigated in

the coastal floodplain environment of the Heart Morass, Victoria, Australia.

During drought conditions in 2009, low-lying areas of the floodplain (0-2 m

elevation) were the most affected by acid sulphate soils, with a median soil

pH (pH(F)) of 3.56 to approximately 50 cm depth. Soils below similar to 100 cm

depth in these areas contain pyrite and have reduced inorganic S

concentrations of up to 0.85 wt%. Higher areas of the floodplain (2-6 m) do

not contain acid sulphate soils, with a median pH of 4.74 to approximately 50

cm depth, an average neutralising capacity of 3.87 kg H2SO4/t, and no

appreciable unoxidised pyrite.

In low-lying areas concentrations of Co, Ni, Zn, Mn and Fe in soil increased

from <2.0, 4.0, 10, 20 and 2000 mg/kg, respectively, at 56 cm depth to 10, 20,

45, 152 and 15,000 mg/kg at 221 cm depth. In areas of higher elevation,

concentrations of Co, Ni, Zn and Fe increased from 6, 11, 21 and 12,500 mg/kg

at 44 cm depth to 10, 19, 47 and 19,400 mg/kg at 239 cm depth.

These data indicate acidic leaching of metals from the upper soil profile in

both low-lying and more elevated areas. The lowest concentrations of Al, Co,

Fe, Mn and Ni in surface water or pit water from low-lying areas were 2.43,

0.06, 2.90, 2.89 and 0.09 mg/L, respectively. These concentrations are 1-2

orders of magnitude higher than in any potential water sources around the

morass and are higher than can be accounted for by evapotranspiration,

indicating the leaching of metals into surface water and groundwater.

Excess SO4

2- from pyrite oxidation in the central low-lying area of the morass

was characterised by molar Cl:SO4 ratios <5 and delta S-34 values <10 parts

per thousand. The Cl:SO4 ratios combined with delta S-34 values define zones

of SO4

2- depletion during reduction (Cl:SO4 similar to 24, delta S-34 = 22.7

parts per thousand) and contemporary SO4 reduction of water enriched with

oxidised pyritic SO4

2- (Cl:SO4 = 9.9, delta S-34 = 26.2 parts per thousand).

Average concentrations of Fe in the upper soil profile decreased from 129 g/kg

during drought conditions to 15.2 g/kg after flooding in 2011, suggesting the

dissolution of Fe mineral salts accumulated in the upper soil profile. Average

concentrations of Al, Ni, Cr and Cu increased in the upper soil profile from

9,522, 18.4, 17.0 and 14.4 mg/kg during drought to 12,800, 22.4, 22.6 and 22.4

mg/kg after flooding, suggesting that metal precipitation and dissolution is

the result of changing pH and redox chemistry during flooding.

This highlights the need for continuous measurement and sampling during flood

events in order to better constrain these processes.

 

ASSAY # 62                  March 2013 

 

24

Toivonen J. Osterholm P. Frojdo S. 2013. Hydrological processes behind annual and decadal‐scale variations in the water quality of runoff in Finnish catchments with acid sulfate soils. Journal of Hydrology. 487: 60‐69. 

In this study we assess long- and short term temporal variations in the impact

of acid sulfate (a.s.) soils on river water quality. We demonstrate how such

variations depend on changes in hydrological conditions driven by land use,

meteorological variations and potential changes in climate with important

implications on mitigation strategies, water ecology and utilization of water

resources.

Quality of river water discharging into the Larsmo-Öja Lake in Midwestern

Finland was studied by using long term water data collected during 1963–2009.

Acid sulfate soils are extremely acidic soils (pH < 4) that are known to

discharge very large amounts of acidity and metals into recipient water

courses, and this was also evident in the study area where extreme acidic

events have occurred frequently.

Looking at the whole study period, there was an abrupt and consistent decline

in pH in the late 1960s and early 1970s in the main river (Esse River) that

coincided with extensive drainage works that dropped the ground water level,

enabling oxidation of sulfidic soils and transport of acidity to the rivers.

Since then, there is a trend of decreasing acidic events and rising pH values,

probably due to a continuous depletion of the acidic pool in the existing a.s.

soils.

In the short run, water quality varied greatly due to varying hydrological

conditions between seasons and years. Generally, the impact from a.s. soils

was highest during high runoff in autumn and spring, and therefore,

neutralization of acidity in discharge water by liming would at such occasions

be very demanding.

The relationship between the runoff and water quality was, however, somewhat

different during different seasons. As expected, dry summers (low ground water

levels) were found to increase the impact from a.s. soils in the subsequent

autumn, but only if runoff was high. Towards the end of the study period

winters tended to become warmer with higher runoff and spring floods tended to

occur earlier. Thus, events with bad water quality during the winter months

have become more common and acidic spring surges occur earlier.

Seen from the data in this study, it is obvious that potential changes in the

future climate will have significant consequences on the impact from a.s.

soils on water courses.

 

ASSAY contact details  

 

Previous issues of ASSAY are available from: http://www.dpi.nsw.gov.au/aboutus/resources/periodicals/newsletters/assay/

                

ASSAY is a free, quarterly newsletter about acid sulfate soils around Australia, and is available to all people interested in this issue. 

It is produced by NSW Department of Primary Industries with joint funding assistance from the Federal, State and Territory governments. 

To subscribe, simply email the editor with “Subscribe ASSAY” in the subject line: 

simon.walsh@dpi.nsw.gov.au

 

ASSAY # 62                  March 2013 

 

25