Die Witwatersrand Supergroep, die rykste gouddraende geologiese afsetting ter wêreld, was vir meer as ’n eeu dié belangrikste dryfveer van die Suid-Afrikaanse ekonomie. Sonder hierdie unieke geologiese verskynsel sou Johannesburg, die stede en dorpe van die Oos-Rand, Wes-Rand en verre Wes-Rand asook, trouens, Gauteng as ’n provinsie nie bestaan het nie. Die myne en gepaardgaande nywerhede het miljoene mense van oral oor die wêreld na die Witwatersrand gelok. Na die ontdekking van die goudrif het ’n reeks klein delwerye al langs die ossewapad, wat later Hoofrifweg sou word, ontspring. Tussen 1886 en 1887 was die dorpe Johannesburg, Krugersdorp, Roodepoort, Randfontein, Klerksdorp, Germiston en Boksburg gestig (Mendelsohn & Potgieter 1986). Die totstandkoming van die dorpe Nigel, Brakpan, Carletonville en die swart woonbuurte Kliptown, Orlando, Katlehong, Tembisa en Vosloorus het in die dekades daarna gevolg. Die groot myne het eers ontstaan toe die diamantbaronne van Kimberley en die mynmagnate van die Oos-Transvaalse Laeveld al die kleiner delwerye uitgekoop het (Mendelsohn & Potgieter 1986). Nuwe tegnieke is ontwikkel om die uitdagings wat met diep myne gepaard gegaan het, die hoof te bied. Een van hierdie probleme was om die oorstroming van die myne deur grondwater te verhoed.

Die gesteentes van die Witwatersrand Supergroep kom in ’n wye boog rondom die Vredefortkoepel in die suidelike deel van Gauteng, die suidoostelike deel van Noordwes en die noordelike deel van die Vrystaat voor. Die sedimentêre gesteentes wat die Witwatersrand Supergroep vorm, was ongeveer 2.8 miljard jaar gelede in horisontale lae in ’n vlak binnelandse see afgeset (McCarthy & Rubidge 2005). Die impak van ’n reusemeteoriet ongeveer 2.023 miljard jaar gelede het hierdie 7500 meter dik sedimentêre opeenvolging vervorm, wat veroorsaak het dat die lae na die middel van die Vredefortkoepel teen ’n helling van tussen 10° en 30° (Truswell 1977).

Die Witwatersrand Supergroep word in die Sentraal-Rand Groep en die onderliggende Wes-Rand Groep onderverdeel. Die Wes-Rand Groep word in die Hospital Hill, die Government en die Jeppestown Subgroepe onderverdeel, terwyl die Sentraal-Rand Groep in die Johannesburg en Turffontein Subgroepe onderverdeel word. Die Johannesburg Subgroep bevat een van die grootste afsettings van goud ter wêreld (McCarthy & Rubidge 2005; Viljoen & Reimold 2002). Die Witwatersrand Supergroep word deur die 2.714–2.665 miljard jaar oue Ventersdorp Supergroep bedek (Schneiderhan 2008). Die Ventersdorp Supergroep bestaan hoofsaaklik uit stollingsgesteentes wat bo-oor die goudbevattende Ventersdorp-kontakrif afgeset is (sien Figuur 1).

Die Transvaal Supergroep bedek weer die Ventersdorp Supergroep. Die goudbevattende Swartrif-formasie wat die onderste laag van die Transvaal Supergroep vorm, is veral aan die Wes-Rand gemyn (McCarthy & Rubidge 2005). Die Swartrif word deur die Chuniespoort Groep van die Transvaal Supergroep bedek. Die Chuniespoort Groep bestaan uit sedimentêre gesteentes wat ongeveer 2.67–2.46 miljard jaar gelede afgeset is en bevat gesteentes soos gebande ystersteen en stromatolitiese karbonate wat grootliks uit kalksteen en dolomiet bestaan (Eriksson et al. 2001). Die dolomietryke Chuniespoort Groep bedek ’n groot gedeelte van die Witwatersrand Supergroep in die suidelike deel van Gauteng en die suidoostelike deel van Noordwes-Provinsie (sien Figuur 1).

SASS5-opnames word gebruik om die riviergesondheid te bepaal. Die opnames bestaan uit die identifikasie van akwatiese makro-invertebraatfamilies en die relatiewe hoeveelhede waarin hulle in lopende water voorkom. Die sensitiwiteit van die verskillende akwatiese makro-invertebraatfamilies is bekend en die waterkwaliteit by spesifieke versamelpunte in ’n rivierstelsel kan bepaal word volgens die voorkoms van spesifieke families. Aangesien meer inligting benodig word ten opsigte van die spesifieke besoedelingsfaktore is watermonsters ook by verskillende punte in die rivierstelsel geneem en ontleed (Figuur 2).

Nadat die suur mynwater in 2002 in die Krugersdorp-Wildreservaat begin uitvloei het, is ’n SASS5-opname gedoen om die relatiewe gesondheid van die Bloubankspruit te bepaal (Van Staden 2003). In 2007 is daar op die waterkwaliteit in die Tweelopiespruit vanaf die Robinsonmeer tot in die noordelike deel van Krugersdorp se Wildreservaat gefokus en is daar watermonsters geneem en ’n akwatiese makro-invertebraatopname in die Tweelopiespruit gedoen (Heyl 2007). Na ’n visvrekte by Koelenhof in die Wieg van die Mensdom in 2011, is SASS5-opnames gedoen en watermonsters maandeliks in die Tweelopiespruit, Rietspruit en Bloubankspruit geneem. In 2014 is die watermonstertoetse en SASS5-opnames herhaal om die huidige riviergesondheid te bepaal.

Die watermonsters wat vanaf 2007 tot 2014 geneem is, is deur Waterlab in Pretoria ontleed en die pH, die sulfaat-inhoud (SO₄) en konsentrasie van metale, veral dié wat met mynwater geassosieer word, is bepaal (Tabelle 1–4).

Die resultate van die akwatiese invertebraat en watermonster-opnames wat in 2007, 2011 en 2014 gedoen is word in tabelvorm opgesom (Tabelle 1–5).

Die uitvloei van suur mynwater bedreig die watergesondheid van die riviere rondom die Harmony-goudmyn en dit het ’n ernstige negatiewe impak op die ekologie van die omgewing. Versamelpunte is so gekies dat die vloei van suur mynwater in die Tweelopiespruit-Rietspruit- Bloubankspruit-rivierstelsel gemoniteer kan word. Die suur mynwater noord van die Harmony-goudmyn het oorspronklik hoofsaaklik die Tweelopiespruit beïnvloed, terwyl die suur mynwater suidwes van die Harmony-goudmyn in die Wonderfonteispruit gevloei het. Vanaf 2002 is hoofsaaklik die rietbeddings in die vleilande op grond van die Harmony-goudmyn en dié in die suide van Krugersdorp se Wildreservaat aan die suur mynwater blootgestel. Teen 2007 het die suur mynwater nog nie die Seekoeidam in die suide van die natuurreservaat bereik nie (Heyl 2007).

Teen 2009 het die suur mynwater die Seekoeidam gevul en het dit deur die vleiland noord van die damwal gestroom (Muller 2009). In 2011 het die suur mynwater reg deur die Krugersdorp-Wildreservaat tot in die Rietspruit noord daarvan gevloei. Die Rietspruit het oorspronklik al die water van die Tweelopiespruit in drie damme opgevang waarvandaan dit in die onderliggende dolomitiese akwifer gevloei het.

Op 11 Januarie 2011, na dae se swaar reën, het miljoene liter suur mynwater uit die mynholte opgewel en in die Tweelopiespruit-Rietspruit-Bloubankspruit-rivierstelsel gevloei. Die massa water het veroorsaak dat Rietspruit die wal van die laaste dam in die rivier oorstroom het en die gebied tussen die Malmani-pad en die Bloubankspruit tydelik in ’n moeras verander het. Tans is die Rietspruit ’n standhoudende rivier wat die Tweelopiespruit met die Bloubankspruit verbind. ’n Nuwe vleiland het langs die verlenging van die Rietspruit onderweg na die Bloubankspruit ontstaan.

Die eienaar van die plaas Koelenhof het water van die Bloubankspruit in sy dam gepomp waarna die visse in die dam gevrek het. ’n Analise van die watermonsters het getoon dat die water in die Tweelopiespruit by Koelenhof die tipiese kenmerke van suur mynwater gehad het, naamlik dat dit baie suur was (pH 3.6) en ’n hoë sulfaatinhoud en metaalvlakke gehad het (Tabel 2). Die suur mynwater het met ander woorde meer as 20 km stroomaf van die myn deur Krugersdorp se Wildresrevaat en tot diep in die Wieg van die Mensdom in gedring (Durand 2012). Daar is egter ’n meningsverskil oor die oorsaak van die visvrekte. Hobbs en Mills (2011) het voorgestel dat die rivierwater anoksies was omdat die bakteriebesmette uitvloei van die Percy Steward-rioolplaas, deur die Blougatspruit, in die Bloubankspruit kon beland het.

Na die oorstroming van die Rietspruit in Februarie 2011 het die watervlak van die rivier herstel en het die watergehalte ietwat verbeter (Tabel 3). Suur mynwater vloei egter steeds permanent in die Tweelopiespruit en die Rietspruit (Tabel 4). Danksy die water van die Blougatspruit en die Zwartkransfontein, suid van Koelenhof, word die suur mynwater verdun en verbeter die gehalte van die water ten opsigte van suurvlak, metale en sulfaatsoute.

Die effek van die suur mynwater op organismes in die Tweelopiespruit-Rietspruit-Bloubankspruit-rivierstelsel is duidelik. Die eerste akwatiese makro-invertebraatopname, wat in 2007 in Krugersdorp se Wildreservaat gedoen is, het aangetoon dat die biodiversiteit in die Tweelopiespruit afneem, hoe nader die versamelpunt aan die myn is (Heyl 2007). In 2007 was die waterkwaliteit van die Tweelopiespruit in die Krugerdorp-Wildreservaat nog goed gemeet aan die diversiteit van die akwatiese makro-invertebrate. By die uitvloei van die ou Kalkmyndam in die noorde van die reservaat was daar altesaam 11 akwatiese makro-invertebraatfamilies, terwyl sewe families in die vleiland suid van die Seekoeidam teenwoordig was. Daar was egter slegs drie families in die invloei van die Tweelopiespruit in die suide van Krugersdorp se Wildreservaat (Heyl 2007).

Die suurgehalte van die Rietspruit wissel vanaf 2011 tussen pH 2.6 en pH 3.1, terwyl die suurgehalte van die Tweelopiespruit tussen pH 2.6 en pH 3.0 wissel. Die metaal- en sulfaatvlakke het terselfdertyd toegeneem (Tabelle 2, 3 en 4). Die diversiteit van akwatiese makro-invertebrate in die Tweelopiespruit-Rietspruit-Bloubankspruit-rivierstelsel het weens die invloei van suur mynwater teen 2011 geweldig afgeneem,vergeleke met die diversiteit wat in 2003 daar voorgekom het (Van Staden 2003) (Tabel 5). Die Rietspruit en Tweelopiespruit het vanaf 2011 geen akwatiese makro-invertebrate nie (Durand 2012). Akwatiese makro-invertebrate word soms in die water naby die Lodgefontein en Flip-se-gatfontein in die Krugersdorp-Wildreservaat gevind, maar hulle verdwyn verder stroomaf waar die fonteinwater met die hoofstroom meng.

Alhoewel die watergehalte van die Rietspruit en Tweelopiespruit so agteruitgegaan het dat makro-invertebrate afwesig is, het die watergehalte van die Bloubankspruit vanaf 2011 tot 2012 verbeter. Die suurgehalte van die water in die Bloubankspruit by Koelenhof was in Februarie 2012 pH 7.2. Die makro-invertebrate in die Bloubankspruit by Koelenhof het in 2011 hoofsaaklik uit muggie- en eendagvlieglarwes bestaan. Hierdie families – die Chironomidae en die Baetidae – is meer bestand teen besoedeling. Teen Februarie 2012 was daar egter ook by Koelenhof, benewens die Chironomidae en Baetidae, die meer besoedelingsensitiewe groepe Hydropsychidae, Gomphidae, Coenagrionidae, Corixidae, Gyrinidae en Potamonautitidae teenwoordig.

Suur mynwater het ’n negatiwe impak op plante, diere en mense in die omgewing van myne (Bain et al. 1994; Coetzee, Winde & Wade 2006). Hoe hoër die konsentrasie van suur mynwater in rivierstelsels is, hoe meer neem die hoeveelheid en diversiteit van akwatiese makro-invertebrate af (Adendorff 1997; Durand 2012). Visse, amfibiëe, reptiele, voëls en soogdiere word direk deur die suurgehallte, toksisiteit en radioaktiwiteit van suur mynwater bedreig en indirek deur die verlies van voedselbronne en die degradering van die habitat (De Wet 1996; Du Toit 2006).

Die swaelsuur in suur mynwater los rotse, gruis en sand op en stel die metale soos mangaan, aluminium, yster, nikkel, sink, kobalt, koper, lood, radium, torium en uraan daarin vry (Kleywegt 1977; Jones et al. 1988; Venter 1995). Hierdie metale word opgeneem deur organismes wat aan suur mynwater blootgestel word. Die effek van dié metale op organismes hang van die konsentrasie van die metale en die tydperk van blootstelling af. Die metale wat in die weefsel van organismes opgeneem word, wissel van spesie tot spesie.

Die vlakke van verskeie metale, onder meer aluminium, yster, mangaan, nikkel en uraan in die rivierstelsel in Krugersdorp se Wildreservaat oorskry vanaf 2009 die aanvaarbare, toelaatbare vlakke van hierdie metale in drinkwater of besproeiingswater. Vanaf 2011 is die riviere in die suide van die Wieg van die Mensdom-Wêrelderfenisgebied op soortgelyke wyse deur suur mynwater besoedel.

Die voorgestelde aluminiumkonsentrasie in drinkwater is 0 mg/L – 0.15 mg/L (DWAF 1996a). Alhoewel aluminium se impak op menslike gesondheid nie goed bekend is nie, word daar vermoed dat blootstelling aan konsentrasies hoër as 0.5 mg/L ’n negatiewe neurologiese impak op mense sal hê. Die konsentrasie aluminium in die Tweelopiespruit by die invloei van Krugersdorp se Natuurreservaat was 3.62 mg/L en in die Rietspruit was dit 2.04 mg/L in 2011 (sien Tabel 3), maar in 2014 het dit tot 1.22 mg/L in die Tweelopiespruit en tot 0.791 mg/L in die Rietspruit gedaal (sien Tabel 4).

Die ysterkonsentrasie in die Tweelopiespruit-Rietspruit-Bloubankspruit-rivierstelsel is veel hoër as wat in drinkwater toelaatbaar is. Die optimale ysterkonsentrasie in drinkwater is veronderstel om 0 mg/L – 01 mg/L te wees (DWAF 1996a). Die ysterkonsentrasie in besproeiingswater is veronderstel om op die meeste 5 mg/L – 20 mg/L te wees (DWAF 1996b). In 2014 het die ysterkonsentrasie by Versamelpunt 2 tussen 1.19 mg/L en 87 mg/L by Versamelpunt 6 gewissel (sien Tabel 4). In Junie 2011 is ’n ysterkonsentrasie van 252 mg/L by die invloei van die Tweelopiespruit in Krugersdorp se Natuurreservaat (Versamelpunt 7) gemeet (sien Tabel 3). Wanneer ysterkonsentrasie in water 10 mg/L oorskry, begin chroniese gesondheidsprobleme by mense voorkom wat dit drink en wanneer dit 20 mg/L oorskry, begin dit ’n nadelige effek op plante te hê (DWAF 1996a; DWAF 1996b).

Die aanvaarbare vlakke vir mangaan in drinkwater is 0 mg/L – 0.05 mg/L en vir lewende hawe is dit 0 mg/L – 10 mg/L (DWAF 1996c). Die mangaankonsentrasie in die water in die rivierstelsel het in Februarie 2011 tussen 2.8 mg/L in die noordelike deel van die Bloubankspruit (Versamelpunt 1) en 92 mg/L by Versamelpunt 7 gewissel (Tabel 2). Teen 2014 het die konsentrasie van mangaan tot 36 mg/L in die Tweelopiespruit by Versamelpunt 7 gedaal (Tabel 4).

Daar is ’n hoë konsentrasie kalsium en magnesium in die water van hierdie rivierstelsel. Dit kan hoofsaaklik toegeskryf word aan die dolomitiese gesteentes wat in dié gebied voorkom wat deur die suur mynwater opgelos word en in die proses kalsium en magnesium vrystel. Alhoewel hierdie twee metale nie dieselfde toksiese bedreiging vir mense en diere inhou nie, dien die hoë konsentrasies van die metale in die water steeds as goeie indikator van die impak van die suur mynwater op die omgewing. Die kalsium en magnesium word saam met ander metale, veral yster en sulfaatverbindings verder stroomaf as ’n ondeurdringbare kors op die rivierbedding afgeset. Hierdie kors, wat gedeeltelik uit yellow boy of ysterhidroksied bestaan, sluit bentiese organismes uit wat baie nadelig vir die ekologie in die gebied is (Durand 2012).

Die konsentrasie van kalsium en magnesium bepaal die hardheid van water (DWAF 1996a). Beide is essensiële elemente en drinkwater kan ’n belangrike bron van hierdie elemente wees. ’n Mens is veronderstel om 500 mg – 1400 mg kalsium per dag in te neem en ongeveer 250 mg magnesium per dag. Die voorgestelde konsentrasie van kalsium in drinkwater is 0 mg/L – 32 mg/L en dié van magnesium is 0 mg/L – 30 mg/L (DWAF 1996a). Wanneer magnesium in konsentrasies hoër as 100 mg/L voorkom, soos in die Tweelopiespruit (sien Tabel 4), sal dit sensitiewe mense se mae omkrap.

Die sulfaatsoute wat met suur mynwater in ’n dolomietryke omgewing voorkom, speel ’n groot rol in die agteruitgang van die oewerbos. Die plante wat oorspronklik op die oewer van die Tweelopiespruit voorgekom het, is grootliks deur die soutbestande Phragmites australis verplaas. Die omstandighede in Robinsonmeer het egter so agteruitgegaan dat selfs Phragmites begin vrek het (sien Figuur 3). Plante het egter die vermoë om groot hoeveelhede metale te absorbeer sonder om te vrek. In ’n onlangse studie (Van Deventer & Cho 2014) is daar gevind dat die risome van Phragmites in die Tweelopiespruit 11 800 mg/kg aluminium, 14 600mg/kg yster, 701 mg/kg mangaan, 125 mg/kg nikkel, 9 mg/kg lood, 73 mg/kg sink en 16 mg/kg uraan bevat het. Die water waarin die riete gestaan het, het egter slegs 0.17 mg/L aluminium, 2.61 mg/L yster, 5.8 mg/L mangaan, 0.09 mg/L nikkel, 0.02 mg/L lood, 0.025 mg/L sink en 0.001 mg/L uraan bevat(sien Tabel 6: ’n Vergelyking van die konsentrasies van sekere metale in die water, modder en die risome van die riet Phragmites langs die Tweelopiespruit). Die metale in die plantweefsel sal beskikbaar wees vir enige herbivoor wat die aangetaste plante eet.

Volgens die studie van Van Deventer en Cho (2014) is dit duidelik dat bentiese organismes wat op die rivierbodem leef, blootgestel word aan geweldige hoë konsentrasies metale in gebiede wat deur suur mynwater aangetas is. Die konsentrasie aluminium in die modder van die rivierbodem by Versamelpunt 1 was 26 700 mg/kg teenoor 0.17 mg/L in die water in 2013. Die konsentrasie yster hier was 24 900 mg/kg in die modder teenoor 2.61 mg/L in die water. Die konsentrasie mangaan was 3400 mg/kg in die modder teenoor 5.8 mg/L in die water. Die konsentrasie nikkel was 280 mg/kg in die modder teenoor 0.09 mg/L in die water. Die konsentrasie lood was 19 mg/L in die modder teenoor 0.02 mg/L in die water. Die konsentrasie sink was 114 mg/kg in die modder teenoor 0.025 mg/L in die water, en die konsentrasie uraan was 19 mg/kg in die modder teenoor 0.001 mg/L in die water (sien Tabel 6). Die konsentrasies metale was met ander woorde in sekere gevalle selfs duisende kere hoër in die modder as in die water.

Metale soos koper, lood en sink word deur werweldiere in die lewer, gonade en skelet opgeneem (Bain et al. 1994), terwyl yster, sink, nikkel en lood deur invertebrate opgeneem word (Adendorf 1997). Hierdie metale kan na mense oorgedra word wat aangetaste plante en diere eet (Bain et al. 1994; De Wet 1996). Die opname van metale kan nekrose, gewasse, kanker en die agteruitgang van die spysvertering-, kardiovaskulêre en urogenitale stelsel van werweldiere veroorsaak (Venter 1995; Adendorff 1997, Jooste & Thirion 1999). Selfs lae konsentrasies van swaarmetale soos uraan en lood kan ’n groot negatiewe impak op die senu- en endokriene stelsel van werweldiere hê (Konietzka, Dieter & Voss 2005).

Aangesien metale deur ’n groot verskeidenheid organismes soos plante, ongewerweldes en werweldiere opgeneem kan word, is daar die gevaar van bio-akkumulasie. Bio-akkumulasie vind plaas wanneer diere ander organismes eet wat reeds deur metale aangetas is. Die effek van bio-akkumalsie word al hoe erger, hoe hoër in die voedselketting die organisme is deurdat karnivore verskeie aangetaste prooi-organismes kan opeet en die metale al hoe meer gekonsentreered in hulle liggame sal begin voorkom (Kang et al. 1997).

Daar is meer uraan in die gesteentes van die Witwatersrand Supergroep as goud en ons goudmyne is terselfdertyd ook ons uraanmyne. Daar is volgens berekening meer 100 000 ton uraan gestort in die slikdamme van die Witwatersrand na die insinking van die uraanmark (Coetzee et al. 2006). Al die dogterelemente wat uit die radioaktiewe verval van uraan ontstaan soos torium, protaktinium, radium, polonium, bismut en lood kom ook in suur mynwater voor. Benewens die toksiese effek van swaarmetale is dit radioaktief. Radioaktiewe elemente kom in die water en in die sedimente in die omgewing rondom die goudmyne voor (Coetzee et al. 2006). Die inname van radioaktiewe swaarmetale soos uraan veroorsaak o.m. die beskadiging van die niere in werweldiere (Hursh & Spoor 1973). Dit kan ook die senuweestelsel beïnvloed en tot blindheid, verlamming en die verlies van koördinasie lei. Dit kan ook veranderings in bloed, bindweefsel en die immuun- en endokriene stelsel en kanker veroorsaak (Durand 2012).

Die swaelsuur in suur mynwater reageer met dolomiet en vorm sodoende sulfaat. Hoë konsentrasies van sulfate is ook ’n bedreiging vir lewe (Durand 2012). Die inname van water met konsentrasies sulfaat hoër as 600 mg/L sal braking en maagwerkings by mense veroorsaak veral in die teenwoorigheid van magnesium. Die suur mynwater wat in 2005 uit Harmony-myn se skagte gevloei het, het 4500 mg/L sulfate bevat (Fourie 2005), terwyl die water in Robinsonmeer 5055 mg/L sulfate in 2007 bevat het (Heyl 2007). Plante word ook negatief deur sulfaat in water geraak. Die oorspronklike oewerbos wat langs die Tweelopiespruit voorgekom het, is grootliks deur die soutbestande riet Phragmites verplaas (Durand 2012).

Die ysterhidroksied en ystersulfaat wat deur suur mynwater gevorm word, vorm ’n ondeurdringbare laag op die bodem van die besoedelde riviere op plekke veral naby die bron van suur mynwater en dolomiet. Dit veroorsaak dat bentiese organismes nie meer in die modder kan leef nie. Talle werweldiere soos visse, paddas en watervoëls, wat van hierdie akwatiese invertebrate as kosbron afhanklik is, het uit die Tweelopiespruit en Rietspruit verdwyn na die suur mynwater in die rivierstelsel begin invloei het en die kors oor die bodem gevorm het.