Environmental risk assessment following Brazilian mining dam collapse: A diffusion approach
Avaliação de risco ambiental após o rompimento de barragem de mineração no Brasil: uma abordagem de difusão
Autores:
- Leticia A. Bertoldo
- Barbara Kroetz
- Cecilia S. dos Reis
- Emilli Frachini
- Angelita Ribeiro
- Alexandre Urbano*
- Taufik Abrão
- Maria Josefa Santos
* Pesquisador NAPI EZC
Publicado Maio de 2026
Abstract
The 2015 collapse of an iron-ore sludge containment dam in southeastern Brazil had devastating impacts on the Doce River Basin (DRB). Although some reports address environmental risks associated with the sludge-water interface, few comprehensive studies evaluate the sludge-soil interaction, particularly its diffusive behavior, which is crucial for risk assessment. This study investigates the impact of sludge on the mobility of potentially toxic elements (PTE) in soil. For this purpose, soil samples were subjected to diffusion tests using the planar-source method over 7 days, with sludge as the PTE head. Diffusion coefficients for Pb, Ni, Cr, and As were found to be around 10⁻¹² m² s⁻¹ for porous media, indicating the potential of sludge-soil migration. While Ni and Pb showed a better fit to the one-diffusion profile, As and Cr fit the double Gaussian model, highlighting the complexity of the system. Therefore, the environmental risk assessment must employ diverse approaches, with diffusion as one of the parameters required for evaluation. Herein, the 3D-surface short-term tests allowed for projecting the contamination front on long-term time scales under a worst-case scenario. Our findings provide new insights into assessing the risks posed by PTE from the dam collapse on soil ecosystems and offer guidance for mitigating their environmental impact, highlighting the soil system. In addition, for the first time, the real diffusion coefficients for PTE in DRB were determined, along with the double-Gaussian diffusion profiles for As and Cr.
Resumo
O colapso, em 2015, de uma barragem de contenção de rejeitos de minério de ferro no sudeste do Brasil teve impactos devastadores na Bacia do Rio Doce (DRB). Embora alguns estudos abordem os riscos ambientais associados à interface lama-água, poucos trabalhos abrangentes avaliam a interação lama-solo, especialmente seu comportamento difusivo, que é crucial para a avaliação de riscos. Este estudo investiga o impacto da lama na mobilidade de elementos potencialmente tóxicos (PTE) no solo. Para isso, amostras de solo foram submetidas a testes de difusão utilizando o método de fonte planar ao longo de 7 dias, tendo a lama como fonte de PTE. Os coeficientes de difusão para Pb, Ni, Cr e As foram da ordem de 10⁻¹² m² s⁻¹ em meios porosos, indicando o potencial de migração lama-solo. Enquanto Ni e Pb apresentaram melhor ajuste ao perfil de difusão simples, As e Cr ajustaram-se ao modelo gaussiano duplo, evidenciando a complexidade do sistema. Portanto, a avaliação de risco ambiental deve empregar abordagens diversas, sendo a difusão um dos parâmetros necessários para essa análise. Neste trabalho, testes de curto prazo com superfícies 3D permitiram projetar a frente de contaminação em escalas de tempo de longo prazo, sob um cenário de pior caso. Nossos resultados fornecem novos insights para a avaliação dos riscos representados pelos PTE decorrentes do rompimento da barragem sobre os ecossistemas do solo e oferecem subsídios para mitigar seus impactos ambientais, com destaque para o sistema solo. Além disso, pela primeira vez, foram determinados coeficientes reais de difusão para PTE na DRB, bem como os perfis de difusão do tipo gaussiano duplo para As e Cr.
Essa pesquisa
contribui para as seguintes ODS:
