### 5 / 1 4 / 1 3 S h a l e g a s d e v e l o p m e n t i m p a c t s o n s u r f a c e w a t e r q u a l i t

y i n P e n n s y

l v a n i a

w w w

. n c b i

. n l m

. n i h

. g o

v / p m c / a r t i c l e s / P M C 3 6 1 2 6 0 5 / 1 / 6 G o t o :

G o t o : P r o c N a t l A c a d S c i U S A

. 2 0 1 3 M a r c h 2 6 ; 1 1 0 ( 1 3 ) : 4 9 6 2

– 4 9 6 7

.

P u b l i s h e d o n l i n e 2 0 1 3 M a r c h 1 1

. d o i : 1 0

. 1 0 7 3 / p n a s

. 1 2 1 3 8 7 1 1 1 0 P M C I D : P M C 3 6 1 2 6 0 5

S u s t a i n a b i l i t y S c i e n c e



### S h a l e g a s d e v e l o p m e n t i m p a c t s o n s u r

f a c e w a t e r q u a l i t y i n P e n n s y l v a n i a

S h e i l a M

. O l m s t e a d

, L u c i j a A

. M u e h l e n b a c h s

, J h i h

- S h y a n g S h i h

, Z i y a n C h u

, a n d A l a n J

. K r u p n i c k

A u t h o r i n f o r m a t i o n ► C o p y r i g h t a n d L i c e n s e i n f o r m

a t i o n ►

S e e " I n T h i s I s s u e " o n p a g e 4 8 5 5

.



### A B S T R A C T

C o n c e r n h a s b e e n r a i s e d i n t h e s c i e n t i f

i c l i t e r a t u r e a b o u t t h e e n v i r o n m e n t a l i m p

l i c a t i o n s o f e x t r a c t i n g n a t u r a l g a s f

r o m d e e p s h a l e f o r m a t i o n s

, a n d

p u b l i s h e d s t u d i e s s u g g e s t t h a t s h a l e g a s d e

v e l o p m e n t m a y a f

f e c t l o c a l g r o u n d w a t e r q u a l i t y

. T h e p o t e n t i a l f o r s u r f a c e w a t e r q u a l i t y d e g r a d a t i o n h a s

b e e n d i s c u s s e d i n p r i o r w o r

k

, a l t h o u g h n o e m p i r i c a l a n a l

y s i s o f t h i s i s s u e h a s b e e n p u b l i s h e d

. T

h e p o t e n t i a l f o r l a r g e

- s c a l e s u r f a c e w a t e r q u a l i t y

d e g r a d a t i o n h a s a f

f e c t e d r e g u l a t o r y a p p r o a c h e s t o s h a l e g a s d e

v e l o p m e n t i n s o m e U S s t a t e s

, d e s p i t e t h e d e a r t h o f e v i d e n c e

. T h i s p a p e r c o n d u c t s a

l a r g e

- s c a l e e x a m i n a t i o n o f t h e e x t e n t t o w h i c h s h a l e g a s d e v e l o p m e n t a c t i v i t i e s a f f e c t s u r f a c e w a t e r q u a l i t y

. F o c u s i n g o n t h e M a r c e l l u s S h a l e i n

P e n n s y l v a n i a

, w e e s t i m a t e t h e e f

f e c t o f s h a l e g a s w e l l s a n d t h e r e l e a s e o f t r e a t e d s h a l e g a s w a s t e b y p e r m i t t e d t r e a t m e n t f a c i l i t i e s o n o b s e r v e d

d o w n s t r e a m c o n c e n t r a t i o n s o f c h l o r i d e ( C l ) a n d t o t a l s u s p e n d e d s o l i d s ( T S S )

, c o n t r o l l i n g f o r o t h e r f a c t o r s

. R e s u l t s s u g g e s t t h a t ( i

) t h e t r e a t m e n t

o f s h a l e g a s w a s t e b y t r e a t m e n t p

l a n t s i n a w a t e r s h e d r a i s e s d o w n s t r e a m C l c o n c e n t r a t i o n s b u t n o t T S S c o n c e n t r a t i o n s

, a n d ( i i ) t h e p r e s e n c e o f

s h a l e g a s w e l l s i n a w a t e r s h e d r a i s e s d o w n s t r e a m T S S c o n c e n t r a t i o n s b u t n o t C l c o n c e n t r a t i o n s

. T h e s e r e s u l t s c a n i n f

o r m f u t u r e v o l u n t a r y

m e a s u r e s t a k e n b y s h a l e g a s o p e r a t o r s a n d p o l i c y a p p r o a c h e s t a k e n b y r e g u l a t o r s t o p r o t e c t s u r f a c e w a t e r q u a l i t y a s t h e s c a l e o f t h i s e c o n o m i c a l l

y

i m p o r t a n t a c t i v i t y i n c r e a s e s

.

K e y w o r d s : u n c o n v e n t i o n a l g a s

, w a t e r p o l l u t i o n

, e c o n o m e t r i c a n a l y s i s

, p a n e l d a t a

W i t h t h e a d v a n c e o f h y d r a u l i c f

r a c t u r i n g t e c h n o l o g y a n d i m p r o v e m e n t s i n h o r i z o n t a l w e l l d r i l l i n g

, t h e d e v e l o p m e n t o f n a t u r a l g a s s u p p

l i e s f r o m

d e e p s h a l e f o r m a t i o n s h a s e x p a n d e d a n d U S n a t u r a l g a s s u p p l y e s t i m a t e s h a v e r i s e n d r a m a t i c a l l

y ( 1 )

. T h e s e r e s o u r c e s h a v e s i g n i f

i c a n t e c o n o m i c

v a l u e a n d c o u l d g e n e r a t e l o c a l a i r q

u a l i t y b e n e f i t s i f g a s d i s p l a c e s c o a l i n e l e c t r i c i t

y g e n e r a t i o n a n d f

o r c l i m a t e c h a n g e i f f

u g i t i v e m e t h a n e

e m i s s i o n s a r e s u f f i c i e n t l y s m a l l ( 2 )

. N o n e t h e l e s s

, s h a l e g a s d e

v e l o p m e n t h a s d r a w n s i g n i f

i c a n t p u b l i c a n d r e g u l a t o r

y a t t e n t i o n t o p o t e n t i a l n e g a t i

v e

e n v i r o n m e n t a l e x t e r n a l i t i e s

, p a r t i c u l a r

l y w a t e r q u a l i t y i m p a c t s i n t h e M a r c e l l u s S h a l e r e g i o n ( 3

, 4 )

.

G r o u n d w a t e r i m p a c t s o f s h a l e g a s d e

v e l o p m e n t h a v e b e e n c o n s i d e r e d i n t h e l i t e r a t u r e

. M e t h a n e m a y m i g r a t e f r o m s h a l e g a s w e l l s i n t o d r i n k i n g

w a t e r w e l l s i n P e n n s

y l v a n i a a n d N e w Y o r

k ( 5 )

. S h a l e f o r m a t i o n b r i n e m a y a l s o n a t u r a l l

y m i g r a t e t o g r o u n d

w a t e r a q u i f e r s i n P e n n s y l v a n i a

,

a l t h o u g h t h i s r e s u l t i s d e

b a t e d i n t h e l i t e r a t u r e ( 6 ) a n d n o a s s o c i a t i o n h a s b e e n f o u n d w i t h t h e l o c a t i o n o f s h a l e g a s w e l l s ( 7 )

. C a s e s t u d i e s o f

i s o l a t e d i n c i d e n t s o f g r o u n d

w a t e r c o n t a m i n a t i o n a l s o s u g g e s t l i n k s w i t h s h a l e g a s a c t i v i t y ( 8 )

.

T h e p o t e n t i a l r i s k t o N e w Y o r

k C i t y ’ s s u r f a c e w a t e r s u p p l y f r o m t h e D e l a w a r e R i

v e r B a s i n w a s a p r i m a r

y d r i v e r b e h i n d a 2 0 1 1 b a n o n h y d r a u l i c

f r a c t u r i n g i n N e w Y o r

k S t a t e

. I n c o n t r a s t t o t h e c a s e o f g r o u n d

w a t e r

, h o w e v e r

, e m p i r i c a l e s t i m a t e s o f t h e e f

f e c t s o f s h a l e g a s d e

v e l o p m e n t o n

s u r f a c e w a t e r q u a l i t y a r e n o t a v a i l a b l e

, a l t h o u g h t h e i s s u e h a s b e e n r a i s e d i n t h e r e c e n t l i t e r a t u r e ( 9

, 1 0 )

.

W e c o n d u c t a l a r g e

- s c a l e s t a t i s t i c a l e x a m i n a t i o n o f t h e e x t e n t t o w h i c h s h a l e g a s d e v e l o p m e n t a f f e c t s s u r f a c e w a t e r q u a l i t y

. F o c u s i n g o n t h e

M a r c e l l u s S h a l e

, a m a

j o r U S s h a l e p l a y

, w e c o n s t r u c t a G e o g r a p h i c I n f

o r m a t i o n S y s t e m s ( G I S ) d a t a b a s e f

r o m s e v e r a l p u b l i c l y a v a i l a b l e s o u r c e s

,

i n c l u d i n g 2 0

, 2 8 3 w a t e r q

u a l i t y o b s e r v a t i o n s i n P e n n s y l v a n i a ( 2 0 0 0

– 2 0 1 1 )

, s h a l e g a s w e l l l o c a t i o n s

, s h i p m e n t s o f s h a l e g a s w a s t e t o t r e a t m e n t

f a c i l i t i e s

, a n d w a t e r b o d

y c h a r a c t e r i s t i c s

. W e e x p

l o i t t e m p o r a l a n d s p a t i a l v a r i a t i o n i n t h e l o c a t i o n o f w e l l s a n d w a s t e t r e a t m e n t f a c i l i t i e s r e l a t i v e t o

w a t e r q u a l i t y m o n i t o r s t o i d e n t i f

y i m p a c t s o n d o w n s t r e a m w a t e r q

u a l i t y

. U s i n g r e g r e s s i o n a n a l

y s i s

, w e f i n d m e a s u r a b l e i m p a c t s o f u p s t r e a m s h a l e

g a s a c t i v i t y o n d o w n s t r e a m w a t e r q

u a l i t y

. I n c r e a s i n g t h e u p s t r e a m d e n s i t

y o f w a s t e w a t e r t r e a t m e n t p

l a n t s t h a t r e l e a s e t r e a t e d s h a l e g a s w a s t e t o

s u r f a c e w a t e r b y 1 S D i n c r e a s e s d o w n s t r e a m c h l o r i d e ( C l ) c o n c e n t r a t i o n s b y 1 0

– 1 1 %

. A 1

- S D i n c r e a s e i n t h e d e n s i t y o f w e l l p a d s u p s t r e a m

i n c r e a s e s t o t a l s u s p e n d e d s o l i d ( T S S ) c o n c e n t r a t i o n s d o w n s t r e a m b y 5 %

. I n c o n t r a s t

, w e f i n d n o s t a t i s t i c a l l y s i g n i f i c a n t i m p a c t o f w e l l s o n

d o w n s t r e a m C l c o n c e n t r a t i o n s o r o f w a s t e t r e a t m e n t o n d o w n s t r e a m T S S c o n c e n t r a t i o n s

. T h e s e f i n d i n g s a r e c o n s i s t e n t w i t h c o n c e r n s r a i s e d f

o r

s u r f a c e w a t e r q u a l i t y i n t h e l i t e r a t u r e : S h a l e g a s w a s t e w a t e r i s t

y p i c a l l y h i g h i n C l ( a m o n g o t h e r d

i s s o l v e d s o l i d s )

, m a k i n g i t d

i f f i c u l t t o t r e a t

, a n d

t h e c o n s t r u c t i o n o f w e l l p a d s

, p i p e l i n e s

, a n d r o a d s c a n i n c r e a s e s e d i m e n t r u n o f f a n d T S S ( 9

, 1 0 )

.

T h e e c o n o m e t r i c a p p r o a c h u s e d h e r e c a n n o t i d e n t i f y o r r u l e o u t i n d i v i d u a l i n s t a n c e s o f w a t e r q

u a l i t y c o n t a m i n a t i o n

. T

h e a n a l y s i s m o d e l s a v e r a g e

i m p a c t s a t c o a r s e t e m p o r a l a n d s p a t i a l s c a l e s a s a f u n c t i o n o f s h a l e g a s d e

v e l o p m e n t

, c o n t r o l l i n g f

o r o t h e r f a c t o r s

. T h u s

, i t i s a c o m p l e m e n t t o

p h y s i c a l s c i e n c e s t u d

i e s t h a t w o u l d m a k e p r e c i s e c o n n e c t i o n s b e t

w e e n w a t e r q u a l i t y c h a n g e s a t a f i n e t e m p o r a l a n d s p a t i a l s c a l e a n d s p e c i f

i c s h a l e

g a s a c t i v i t i e s

.



### S H A L E G A S A C T I V I T Y A N D W

A T E R Q U A L I T Y I N D I C A

T O R S

I n d i c a t o r s o f w a t e r q u a l i t y i m p a c t s f r o m s h a l e g a s d e v e l o p m e n t m u s t m e e t t h r e e c r i t e r i a f

o r t h e a n a l y s i s : T h e y a r e a s s o c i a t e d w i t h s h a l e g a s

d e v e l o p m e n t

, t h e y a r e o b s e r v e d a t a l a r g e n u m b e r o f w a t e r q

u a l i t y m o n i t o r s a n d w i t h e n o u g h s p a t i a l a n d t e m p o r a l v a r i a t i o n r e l a t i v e t o s h a l e g a s

a c t i v i t y t o s u p p o r t s t a t i s t i c a l a n a l

y s i s

, a n d t h e y h a v e t h e p o t e n t i a l t o c a u s e w a t e r q

u a l i t y d a m a g e

. C o n c e n t r a t i o n s o f C l a n d T S S m e e t t h e s e

c r i t e r i a

.

B r i n e f r o m c o n v e n t i o n a l o i

l a n d g a s o p e r a t i o n s h a s b e e n a s s o c i a t e d w i t h i n c r e a s e d s t r e a m C l l e v e l s i n o t h e r r e g i o n s ( 1 1

, 1 2 )

. S h a l e g a s

d e v e l o p m e n t g e n e r a t e s l a r g e q

u a n t i t i e s o f f l o w b a c k a n d p r o d u c e d w a t e r h i g h i n C l ( 9 )

. T

h e p e a k i n f l u i d s t o r a g e a n d t r a n s p o r t o c c u r s d

u r i n g w e l l

f r a c t u r i n g a n d c o m p

l e t i o n

, w h e n 2

– 4 m i

l l i o n g a l l o n s o f f r e s h w a t e r a n d f r a c t u r i n g f l u i d s t r a n s p o r t e d b y t r u c k o r ( f

o r f r e s h w a t e r ) p i p e l i n e a r e 1

−

−

−

−

−

−

−

−

−

### 5 / 1 4 / 1 3 S h a l e g a s d e v e l o p m e n t i m p a c t s o n s u r f a c e w a t e r q u a l i t

y i n P e n n s y

l v a n i a

w w w

. n c b i

. n l m

. n i h

. g o

v / p m c / a r t i c l e s / P M C 3 6 1 2 6 0 5 / 2 / 6 G o t o :

G o t o : p u m p e d i n t o a w e l l ( 1 3 )

. F r o m 1 0

– 7 0 % o f t h i s v o l u m e m a y r e t u r n a s f l o w b a c k

, a l o n g w i t h f

o r m a t i o n b r i n e a n d n a t u r a l l

y o c c u r r i n g

c o n t a m i n a n t s

, s u c h a s h e a v y m e t a l s a n d r a d

i o n u c l i d e s

. D i r e c t d

i s c h a r g e o f f l u i d s f r o m w e l l s i t e s i s i l l e g a l

. F l u i d s a r e c o l l e c t e d a t w e l l p a d s a n d

t r a n s p o r t e d o n

- a n d o f

f

- s i t e f o r r e u s e

, r e c y c l i n g

, t r e a t m e n t

, a n d d

i s p o s a l

. M e d i a c o v e r a g e o f M a r c e l l u s S h a l e d e

v e l o p m e n t s u g g e s t s p o t e n t i a l r i s k s

o f l e a k a g e f r o m s t o r a g e p i t s a n d i m p o u n d

m e n t s

, s p i l l s

, a n d o t h e r a c c i d e n t a l r e l e a s e s ( 3

, 1 4 )

.

A l a r g e a n d i n c r e a s i n g f

r a c t i o n o f s h a l e g a s w a s t e w a t e r i n P e n n s

y l v a n i a i s r e c y c l e d f o r u s e i n o t h e r w e l l c o m p

l e t i o n s

. S o m e w a s t e i s s h i p p e d t o

d e e p i n j e c t i o n w e l l s i n O h i o a n d o t h e r n e i g h b o r i n g s t a t e s

. ( M o s t o f P e n n s y l v a n i a i s g e o l o g i c a l l

y u n s u i t a b l e f o r d e e p i n j e c t i o n w e l l s

. S e i s m i c

c o n c e r n s h a v e a r i s e n r e g a r d

i n g i n j e c t i o n o f l a r g e q u a n t i t i e s o f s h a l e g a s w a s t e i n t o t h e s e w e l l s ( 1 5

, 1 6 )

. ) O p e r a t o r s h a v e a l s o s h i p p e d s h a l e g a s

w a s t e t o m u n i c i p a l a n d i n d

u s t r i a l w a s t e w a t e r t r e a t m e n t f

a c i l i t i e s

, a l t h o u g h t h e e f

f e c t i v e n e s s o f t r e a t m e n t p r o c e s s e s i n t h e s e f

a c i l i t i e s f o r r e m o v i n g

c o n t a m i n a n t s i n s h a l e g a s w a s t e i s p o o r

l y u n d e r s t o o d

, a n d s a l t s ( i n c l u d

i n g C l ) a r e o f p a r t i c u l a r c o n c e r n ( 1 7 )

. ( S h i p m e n t s t o m u n i c i p a l f a c i l i t i e s

s t o p p e d a s o f J a n u a r

y 2 0 1 2 ; t h o s e t o i n d

u s t r i a l f a c i l i t i e s c o n t i n u e

. ) A v e r a g e t o t a l d i s s o l v e d s o l i d ( T D S ) c o n c e n t r a t i o n s i n s h a l e g a s w a s t e r a n g e

f r o m 8 0 0 t o 3 0 0

, 0 0 0 m g / L

, t

y p i c a l o c e a n w a t e r c o n c e n t r a t i o n i s 3 5

, 0 0 0 m g / L

, a n d f r e s h w a t e r c o n c e n t r a t i o n i s 1 0 0

– 5 0 0 m g / L ( 1 8 )

. C o n c e r n

o v e r t h e l i m i t e d c a p a c i t

y o f P e n n s y l v a n i a r i v e r s a n d s t r e a m s t o a s s i m i

l a t e T D S s t h a t r e m a i n i n w a s t e w a t e r t r e a t m e n t p l a n t e f f l u e n t c o n s i d e r i n g

e x i s t i n g s o u r c e s

, s u c h a s c o a l m i n e d r a i n a g e a n d c o n v e n t i o n a l w a s t e w a t e r e f f l u e n t

, p r o m p t e d t h e i n t r o d

u c t i o n o f n e w s t a t e w a s t e w a t e r t r e a t m e n t

s t a n d a r d s f o r T D S s i n 2 0 1 1

. [ I n 2 0 0 8

, m o n i t o r s d e t e c t e d r e c o r d T D S l e v e l s ( m a i n l y C l a n d s u l f a t e s ) i n s e c t i o n s o f t h e M o n o n g a h e l a R i

v e r d u r i n g

l o w l a t e s u m m e r

- e a r

l y f a l l f l o w s

, a n d 1 3 p u b l i c d r i n k i n g w a t e r s

y s t e m i n t a k e s i n P e n n s

y l v a n i a a n d W e s t V i r g i n i a e x c e e d e d s e c o n d a r

y m a x i m u m

c o n t a m i n a n t l e v e l s u n d e r t h e S a f e D r i n k i n g W a t e r A c t

, p e r s i s t i n g t h r o u g h D e c e m b e r 2 0 0 8 ( 1 8 )

. ]

E l e v a t e d o r f l u c t u a t i n g C l c o n c e n t r a t i o n s c a n d

i r e c t l y d a m a g e a q u a t i c e c o s y s t e m s ( 1 9 )

. C l m a y a l s o m o b i

l i z e h e a v y m e t a l s

, p h o s p h a t e s

, a n d

o t h e r c h e m i c a l s p r e s e n t i n s e d

i m e n t ( 2 0 )

. T r e a t m e n t o f w a s t e h i g h i n C l i s e x p e n s i v e b e c a u s e t h e C l i s n o t e a s i

l y r e m o v e d b y c h e m i c a l o r

b i o l o g i c a l p r o c e s s e s o n c e i t i s i n s o l u t i o n ( 2 1 ) ; t h u s

, h i g h C l c o n c e n t r a t i o n s m a y a l s o i n c r e a s e c o s t s f o r d o w n s t r e a m w a t e r u s e r s ( e

. g

. , i n d

u s t r i a l o r

d r i n k i n g w a t e r f a c i l i t i e s )

.

L a n d c l e a r i n g a n d c o n s t r u c t i o n c a n i n c r e a s e T S S i n l o c a l w a t e r b o d i e s

, p a r t i c u l a r l y w h e n p r e c i p i t a t i o n a c c e l e r a t e s s e d

i m e n t t r a n s p o r t

, i n c r e a s e s

f l o w r a t e s s o t h a t w a t e r c a r r i e s m o r e a n d l a r g e r s e d i m e n t s

, a n d r e s u s p e n d s s e d

i m e n t s

. P a d c o n s t r u c t i o n

, c h a n g e s t o l o c a l r o a d w a y s

, p i p e l i n e

c o n s t r u c t i o n

, a n d o t h e r s h a l e g a s d e

v e l o p m e n t a c t i v i t i e s c o u l d c o n t r i b u t e t o t h i s p r o b l e m ( 9 )

. G a s w e l l s i t e s i n T e x a s h a v e b e e n s h o w n t o p r o d u c e

s e d i m e n t l o a d s c o m p a r a b l e t o t r a d

i t i o n a l c o n s t r u c t i o n s i t e s ( 2 2 )

. H o w e

v e r

, t h e U S E n e r g y P o l i c y A c t o f 2 0 0 5 g e n e r a l l y e x e m p t s o i l a n d g a s

c o n s t r u c t i o n s i t e s f

r o m C l e a n W a t e r A c t ( C W

A ) s t o r m w a t e r r e g u l a t i o n s

. I n P e n n s

y l v a n i a

, n o n

– o i l

- a n d

- g a s c o n s t r u c t i o n s i t e s l a r g e r t h a n 1 a c r e

m u s t i n s t a l l e r o s i o n a n d s e d

i m e n t c o n t r o l i n f r a s t r u c t u r e ; s h a l e g a s s i t e s l a r g e r t h a n 5 a c r e s m u s t f i l e e r o s i o n a n d s e d i m e n t c o n t r o l p l a n s

. M o s t

s h a l e g a s w e l l s i t e s a r e n o t l a r g e e n o u g h t o t r i g g e r t h i s r e v i e w

, a l t h o u g h m a n y M a r c e l l u s S h a l e o p e r a t o r s d o i n s t a l l s t o r m w a t e r c o n t r o l

i n f r a s t r u c t u r e ( 1 3 )

. I n a d d

i t i o n t o i m p a c t s f r o m i n f r a s t r u c t u r e

, T S S c o n c e n t r a t i o n s c o u l d b e i n c r e a s e d b y s h a l e g a s w a s t e t r e a t m e n t

, a l t h o u g h

m o s t w a s t e w a t e r t r e a t m e n t p

l a n t s a r e d e s i g n e d t o r e m o v e s u s p e n d e d s o l i d s ( 1 3 )

.

T S S ( s i l t

, d e c a y i n g o r g a n i c m a t t e r

, i n d

u s t r i a l w a s t e s

, a n d s e w a g e t h a t c a n b e t r a p p e d b y a f i n e f i l t e r ) i n s u r f a c e w a t e r r e d u c e a v a i l a b l e s u n l i g h t

,

r a i s e t e m p e r a t u r e

, d e c r e a s e d

i s s o l v e d o x y g e n a n d c l a r i t

y

, a n d u l t i m a t e l y d a m a g e b i o l o g i c a l c o n d

i t i o n ( 2 3 )

. S o l i d s c a n a l s o c l o g o r s c o u r p i p e s a n d

m a c h i n e r y f o r d o w n s t r e a m w a t e r u s e r s

, i n c r e a s i n g c o s t s

.



### D A T A

O u r G I S d a t a b a s e c o m b i n e s s e

v e r a l s o u r c e s o f d a t a ( a d d

i t i o n a l d e t a i l s a r e p r o v i d e d i n S

I D a t a )

. T h e S t o r a g e a n d R e t r i e

v a l D a t a W a r e h o u s e

( S T O R E T ) d a t a b a s e o f t h e E n v i r o n m e n t a l P r o t e c t i o n A g e n c y ( E P A ) p r o v i d e d 8

, 3 6 4 C l c o n c e n t r a t i o n o b s e r v a t i o n s f r o m 8 6 0 P e n n s y l v a n i a w a t e r

q u a l i t y m o n i t o r s b e t w e e n J a n u a r y 2 0 0 0 a n d D e c e m b e r 2 0 1 1 ( w i t h 9 8 d

, o n a v e r a g e

, b e t w e e n r e a d i n g s a t a m o n i t o r )

. T S S c o n c e n t r a t i o n s f

r o m t h e

S T O R E T d a t a b a s e f

o r t h e s a m e t i m e p e r i o d c o m p r i s e 1 1

, 9 1 9 o b s e r v a t i o n s f r o m 6 4 4 m o n i t o r s ( w i t h r e a d

i n g s e v e r y 5 5 d

, o n a v e r a g e )

.

T h e i n d e p e n d e n t v a r i a b l e s o f g r e a t e s t i n t e r e s t c a p t u r e t h e d e n s i t y o f s h a l e g a s w e l l s i n a m o n i t o r ’ s w a t e r s h e d a n d t h e s c a l e o f s h a l e g a s w a s t e

t r e a t m e n t a n d r e l e a s e i n a m o n i t o r ’ s w a t e r s h e d

. T h e l a t i t u d e a n d l o n g i t u d e a n d t h e d r i

l l i n g a n d c o m p l e t i o n d a t e s o f 4

, 9 0 8 s h a l e g a s w e l l s d r i

l l e d

t h r o u g h D e c e m b e r 2 0 1 1 w e r e o b t a i n e d f

r o m t h e P e n n s y l v a n i a D e p a r t m e n t o f E n v i r o n m e n t a l P r o t e c t i o n ( P A D E P ) a n d t h e P e n n s y l v a n i a

D e p a r t m e n t o f C o n s e r

v a t i o n a n d N a t u r a l R e s o u r c e s ( P A D C N R )

. T

h e P A D E P a l s o p r o v i d e d t h e d e s t i n a t i o n a n d q u a n t i t y o f w a s t e w a t e r s h i p m e n t s

f r o m w e l l s t o 7 4 p e r m i t t e d t r e a t m e n t f

a c i l i t i e s t h a t a c c e p t e d s h a l e g a s w a s t e a t s o m e p o i n t b e t w e e n 2 0 0 4 ( t h e y e a r o f t h e f

i r s t o b s e r v e d s h i p m e n t )

a n d 2 0 1 1

. I n 2 0 0 4

, 0

. 0 0 3 m i

l l i o n b a r r e l s ( M M b b l ) o f l i q

u i d s h a l e g a s w a s t e w e r e s h i p p e d t o 3 t r e a t m e n t f a c i l i t i e s ; i n 2 0 1 1

, a b o u t 1 7

. 7 M M b b l w e r e

s h i p p e d t o 5 0 f a c i l i t i e s

. W e o b t a i n e d t h e l a t i t u d e a n d l o n g i t u d e o f t h e s e f a c i l i t i e s

, a s w e l l a s o t h e r s p e r m i t t e d u n d e r t h e C W A ’ s N a t i o n a l P o l l u t a n t

D i s c h a r g e E l i m i n a t i o n S y s t e m ( N P D E S )

, f

r o m t h e E P A

. D a i l y p r e c i p i t a t i o n d a t a w e r e d o w n l o a d e d f

r o m t h e N a t i o n a l O c e a n i c a n d A

t m o s p h e r i c

A d m i n i s t r a t i o n ’ s N a t i o n a l C l i m a t i c D a t a C e n t e r

.

W e g e n e r a t e d w e l l c o u n t s

, s h a l e g a s w a s t e t r e a t m e n t f a c i l i t y c o u n t s

, a n d w a s t e s h i p m e n t a m o u n t s i n t h e u p s t r e a m p o r t i o n o f e a c h m o n i t o r ’ s

w a t e r s h e d

. T h u s

, w e f o c u s o n l y o n w i t h i n

- w a t e r s h e d i m p a c t s

, e x c l u d

i n g a n y p o t e n t i a l i m p a c t s f

u r t h e r d o w n s t r e a m

. ( E s t i m a t i n g i m p a c t s i n

d o w n s t r e a m w a t e r s h e d s w o u l d r e q

u i r e h y d r o l o g i c a l m o d e l i n g o f t h e a t t e n u a t i o n o v e r t i m e a n d s p a c e o f c o n t a m i n a n t c o n c e n t r a t i o n s

, w h i c h i s

b e y o n d t h e s c o p e o f t h i s s t u d

y

. H o w e v e r

, t h e m o s t s i g n i f

i c a n t i m p a c t s

, i f a n y

, s h o u l d b e d e t e c t a b l e w i t h i n w a t e r s h e d s

. ) W a t e r s h e d b o u n d a r i e s w e r e

d e t e r m i n e d u s i n g a U S G e o l o g i c a l S u r

v e y d i g i t a l e l e v a t i o n m o d e l

, H Y D R O 1 k

. F l o w d

i r e c t i o n a n d a c c u m u l a t i o n w e r e d e t e r m i n e d u s i n g a 1

- k m b y

1

- k m g r i d s i z e i n H Y D R O 1 k i n A r c G I S

. A f

l o w a c c u m u l a t i o n t h r e s h o l d o f 1

, 0 0 0 k m w a s u s e d t o d e l i n e a t e 7 9 P e n n s y l v a n i a w a t e r s h e d s

,

a v e r a g i n g 1

, 5 0 2 k m

.



### R E S E A R C H D E S I G N

T h e r e s e a r c h d e s i g n e x p

l o i t s s p a t i a l v a r i a t i o n i n t h e l o c a t i o n o f w a t e r q u a l i t y m o n i t o r s

, s h a l e g a s w e l l s

, a n d N P D E S

- p e r m i t t e d w a s t e t r e a t m e n t

f a c i l i t i e s t h a t h a v e a c c e p t e d s h a l e g a s w a s t e ( F i g

. 1 )

, a l o n g w i t h i n t e r t e m p o r a l v a r i a t i o n g e n e r a t e d b y t h e t i m i n g o f w e l l d e v e l o p m e n t a n d w a s t e

s h i p m e n t s

. T h e e f f e c t s o f i n t e r e s t a r e e s t i m a t e d u s i n g r e g r e s s i o n a n a l y s i s ( S u p p o r t i n g I n f o r m a t i o n )

.

F i g

. 1

.

S u r f a c e w a t e r q u a l i t y m o n i t o r s

, s h a l e g a s w e l l s

, a n d w a s t e w a t e r t r e a t m e n t f a c i l i t i e s i n P e n n s y l v a n i a

w a t e r s h e d s ( 2 0 0 0

– 2 0 1 1 )

.

W e t e s t f o r t h e i m p a c t o f s h a l e g a s d e

v e l o p m e n t o n s u r f

a c e w a t e r C l c o n c e n t r a t i o n s v i a t

w o p o t e n t i a l p a t h w a y s

. F i r s t

, t o c o n s i d e r t h e p o s s i b i l i t y

o f a c c i d e n t a l r e l e a s e s f

r o m w e l l s i t e s

, w e a n a l

y z e t h e i m p a c t o n C l c o n c e n t r a t i o n s o f t h e d e n s i t y o f s h a l e g a s w e l l s u p s t r e a m i n a w a t e r q

u a l i t y −

−

− −

− −

−

−

2

2

−

−

### 5 / 1 4 / 1 3 S h a l e g a s d e v e l o p m e n t i m p a c t s o n s u r f a c e w a t e r q u a l i t

y i n P e n n s y

l v a n i a

w w w

. n c b i

. n l m

. n i h

. g o

v / p m c / a r t i c l e s / P M C 3 6 1 2 6 0 5 / 3 / 6 E s t i m a t e d I m p a c t s o n C l C o n c e n t r a t i o n s

.

E s t i m a t e d I m p a c t s o n T S S C o n c e n t r a t i o n s

. G o t o : m o n i t o r ’ s w a t e r s h e d ( t h e c o u n t o f u p s t r e a m w e l l s o n t h e d a t e a s a m p l e w a s d r a w n

, d i v i d e d b y t h e a r e a o f t h e u p s t r e a m p o r t i o n o f t h e w a t e r s h e d )

.

T h e s t a t i s t i c a l m o d e l s ( E q

. S 1 ) a l s o t e s t w h e t h e r a n y e s t i m a t e d i m p a c t s o f w e l l s o n d o w n s t r e a m C l a r e m o r e s i g n i f i c a n t d u r i n g w e l l f r a c t u r i n g

a n d c o m p l e t i o n

. S e c o n d

, t h e m o d e l s e x a m i n e t h e i m p a c t o f w a s t e f l u i d s h i p m e n t s o n d o w n s t r e a m C l c o n c e n t r a t i o n s

, c o n s i d e r i n g b o t h t h e d e n s i t y

o f t r e a t m e n t f a c i l i t i e s a c c e p t i n g s h a l e g a s w a s t e ( t h e c o u n t o f u p s t r e a m f a c i l i t i e s a c c e p t i n g w a s t e d

u r i n g t h e p e r i o d i n w h i c h t h e s a m p

l e i s d r a w n

, d i v i d e d b y u p s t r e a m a r e a ) a n d t h e q

u a n t i t y o f s h i p m e n t s r e p o r t e d t o t h e P A D E P u p s t r e a m i n a w a t e r q u a l i t y m o n i t o r ’ s w a t e r s h e d

. W e a l s o t e s t f

o r

d i f f e r e n c e s i n t h e i m p a c t s o f u p s t r e a m t r e a t m e n t o f s h a l e g a s w a s t e b y d i f f e r e n t t y p e s o f t r e a t m e n t f

a c i l i t i e s

. F a c i l i t i e s a c c e p t i n g P e n n s

y l v a n i a

s h a l e g a s w a s t e b e t

w e e n 2 0 0 4 a n d 2 0 1 1 i n c l u d e m u n i c i p a l s e w a g e t r e a t m e n t p l a n t s

, o r p u b l i c l y o w n e d t r e a t m e n t w o r

k s ( P O T W s )

, a n d i n d u s t r i a l

c e n t r a l i z e d w a s t e t r e a t m e n t ( C W T ) f

a c i l i t i e s

. F a c i l i t i e s ’ N P D E S p e r m i t s d e t e r m i n e t h e i r e l i g i

b i l i t y t o t r e a t s h a l e g a s w a s t e

, a n d r e g u l a t i o n o f t h e s e

f l o w s c h a n g e d d u r i n g t h e p e r i o d o f o b s e r

v a t i o n

. R e g u l a t o r y c h a n g e s i n J a n u a r

y 2 0 1 1 i n c r e a s e d t h e s t r i n g e n c y o f t r e a t m e n t r e q u i r e m e n t s

,

a l t h o u g h a s p e c i f i c g r o u p o f g r a n d f a t h e r e d P O T W s a n d C W T s w a s i n i t i a l l

y e x e m p t f r o m n e w r e q u i r e m e n t s a n d t h e n s u b

j e c t t o a v o l u n t a r y b a n o n

w a s t e s h i p m e n t s f r o m o p e r a t o r s i n M a y 2 0 1 1 ( S

u p p o r t i n g I n f o r m a t i o n )

. T h e s t a t i s t i c a l m o d e l s t e s t f

o r d i f f e r e n t i a l e f f e c t s o n d o w n s t r e a m C l

c o n c e n t r a t i o n s o f s h a l e g a s w a s t e t r e a t m e n t a t f a c i l i t i e s a f f e c t e d b y t h e s e r e g u l a t o r

y c h a n g e s a n d t h o s e t h a t w e r e n o t

.

W e a n a l y z e t h e i m p a c t s o f s h a l e g a s d e

v e l o p m e n t o n s u r f

a c e w a t e r T S S c o n c e n t r a t i o n s v i a t h e s a m e t

w o b a s i c p a t h w a y s c o n s i d e r e d f

o r C l :

i m p a c t s f r o m w e l l s a n d i m p a c t s f

r o m w a s t e d i s p o s a l a t p e r m i t t e d t r e a t m e n t f

a c i l i t i e s

. H o w e v e r

, r a t h e r t h a n e x a m i n i n g m o r e c l o s e l

y t h e p e r i o d

d u r i n g w e l l c o m p l e t i o n

, a s w e d i d f o r C l

, t h e T S S m o d e l s c o n s i d e r w h e t h e r a n y e s t i m a t e d i m p a c t s o f w e l l s o n T S S a r e c o n c e n t r a t e d b e t w e e n t h e

p e r m i t d a t e a n d s p u d d a t e ( t h e d a t e o n w h i c h w e l l d r i l l i n g b e g i n s )

, w h e n l a n d c l e a r i n g a n d p a d c o n s t r u c t i o n w o u l d t a k e p l a c e

.

T o i d e n t i f y t h e i m p a c t s o f s h a l e g a s w e l l s a n d w a s t e t r e a t m e n t o n C l a n d T S S c o n c e n t r a t i o n s

, w e m u s t a d e q u a t e l y c o n t r o l f o r o t h e r c o n t r i b u t i n g

f a c t o r s

. A l l m o d e l s i n c l u d e c o n t r o l s f

o r p r e c i p i t a t i o n

, s u m m i n g d a i

l y p r e c i p i t a t i o n i n a m o n i t o r ’ s w a t e r s h e d o n t h e d a y o f a m o n i t o r o b s e r v a t i o n

p l u s c u m u l a t i v e p r e c i p i t a t i o n o n t h e 3 d b e f

o r e e a c h o b s e r v a t i o n

. T h e m o d e l s c o n t r o l f

o r o t h e r p o t e n t i a l i n f

l u e n c e s o n C l a n d T S S c o n c e n t r a t i o n s

u s i n g a s t a n d a r d e c o n o m e t r i c a p p r o a c h

, i n c l u d i n g g r o u p s o f f i x e d e f f e c t s ( F E s ) a s c o n t r o l s

. W e c o n t r o l f

o r a v e r a g e c o n c e n t r a t i o n s a t e a c h m o n i t o r

o v e r t i m e w i t h m o n i t o r F E s

. Y e a r

- m o n t h F E s ( 1 3 2 f o r t h e m o n t h s J a n u a r

y 2 0 0 0

– D e c e m b e r 2 0 1 1 ) c o n t r o l f

o r a l l t i m e

- v a r y i n g c h a r a c t e r i s t i c s o f

P e n n s y l v a n i a w a t e r q u a l i t y

, g e n e r a l l y

, t h a t a r e c o r r e l a t e d o v e r s p a c e ( e

. g

. , t r e n d s i n e c o n o m i c a c t i v i t y

, s u c h a s t h o s e r e l a t e d t o t h e r e c e n t

r e c e s s i o n )

. W a t e r s h e d

- c a l e n d a r

- m o n t h ( J a n u a r y

– D e c e m b e r ) F E s c o n t r o l f

o r s e a s o n a l c h a n g e s i n c o n t a m i n a n t c o n c e n t r a t i o n s t h a t m a y b e

s p e c i f i c t o a w a t e r s h e d

.

T o g e t h e r

, t h e F E s n a r r o w t h e s o u r c e s o f s p a t i a l a n d i n t e r t e m p o r a l v a r i a t i o n i n c o n t a m i n a n t c o n c e n t r a t i o n s f r o m w h i c h t h e e f f e c t s o f i n t e r e s t a r e

i d e n t i f i e d

, s o a s t o e x c l u d e p o t e n t i a l c o n f

o u n d e r s

. F o r e x a m p

l e

, a n i m p o r t a n t s o u r c e o f C l i n P e n n s

y l v a n i a r i v e r s a n d s t r e a m s i s r o a d s a l t

. T

h e

m o n i t o r F E s c o n t r o l f

o r t h e f a c t t h a t s o m e m o n i t o r s c o n s i s t e n t l

y r e c e i v e m o r e r o a d s a l t f

r o m u p s t r e a m s o u r c e s t h a n o t h e r s

. T

h e y e a r

- m o n t h F E s

c o n t r o l f o r t h e f a c t t h a t f o r a l l P e n n s y l v a n i a m o n i t o r s

, s o m e m o n t h s b e t

w e e n J a n u a r y 2 0 0 0 a n d D e c e m b e r 2 0 1 1 w i t n e s s h i g h e r C l c o n c e n t r a t i o n

f r o m r o a d s a l t t h a n o t h e r s

, a n d t h e w a t e r s h e d

- c a l e n d a r

- m o n t h F E s c o n t r o l f o r t h e f a c t t h a t s o m e m o n t h s o f t h e y e a r a r e t

y p i c a l l y s u b j e c t t o

h i g h e r c o n c e n t r a t i o n s o f C l f

r o m r o a d s a l t t h a n o t h e r s

, a n d t h e m a g n i t u d e o f t h i s i n t e r a n n u a l v a r i a t i o n v a r i e s b y w a t e r s h e d

. F u r t h e r a n a l y s i s

d e c o m p o s i n g s o m e o f t h e s e F E s

, t o d e m o n s t r a t e t h a t t h e m o d e l s c o n t r o l s u f f i c i e n t l y f o r i m p o r t a n t p o t e n t i a l c o n f

o u n d e r s

, i s p r o v i d e d i n S

u p p o r t i n g

I n f o r m a t i o n

.



### R E S U L T S

A F E r e g r e s s i o n o f o b s e r v e d C l c o n c e n t r a t i o n o n t h e F E s a n d p r e c i p i t a t i o n s h o w s t h a t a n i n c r e a s e i n

p r e c i p i t a t i o n r e d u c e s C l c o n c e n t r a t i o n

. T

h e m a g n i t u d e o f t h i s s i m p

l e d i l u t i o n r e s u l t d o e s n o t c h a n g e a c r o s s s p e c i f

i c a t i o n s ( T a b l e 1 )

.

T a b l e 1

.

E s t i m a t e d i m p a c t s o f s h a l e g a s w e l l s a n d w a s t e t r e a t m e n t o n d o w n s t r e a m C l c o n c e n t r a t i o n s

( m i l l i g r a m s p e r l i t e r )

T h e d e n s i t y o f s h a l e g a s w e l l s u p s t r e a m i n a m o n i t o r ’ s w a t e r s h e d h a s a s t a t i s t i c a l l y i n s i g n i f i c a n t e f f e c t o n C l c o n c e n t r a t i o n d o w n s t r e a m

, a l t h o u g h

c o e f f i c i e n t e s t i m a t e s a r e p o s i t i

v e ( T a b l e 1

, c o l u m n s 2

, 4

, a n d 6 )

. L i m i t i n g t h e w e l l d e n s i t y v a r i a b l e t o o n l y t h o s e w e l l s s p u d d e d w i t h i n 0

– 9 0 d a n d

w i t h i n 9 0

– 1 8 0 d b e f

o r e a C l s a m p l e i s d r a w n a t a d o w n s t r e a m w a t e r q

u a l i t y m o n i t o r s h o u l d c a p t u r e t h e g r e a t e s t p o t e n t i a l f o r a c c i d e n t a l r e l e a s e s

a f f e c t i n g s u r f a c e w a t e r

, b e c a u s e r e p o r t e d c o m p

l e t i o n d a t e s i n o u r d a t a s e t a r e

, o n a v e r a g e

, 8 0 d a f t e r a w e l l ’ s s p u d d a t e ( S

I D a t a )

. ( W e c a n n o t

c o n s t r u c t v a r i a b l e s c e n t e r e d o n a k n o w n c o m p l e t i o n d a t e

, b e c a u s e f

i r m s r e p o r t c o m p l e t i o n d a t e s t o t h e P A D E P a n d

/ o r P A D C N R f o r o n l y 1

, 8 1 5 o f

t h e 4

, 9 0 8 w e l l s d r i

l l e d t h r o u g h D e c e m b e r 2 0 1 1

. A n o n r e p o r t e d c o m p l e t i o n d a t e d o e s n o t n e c e s s a r i

l y i n d i c a t e t h a t a w e l l h a s n o t b e e n c o m p

l e t e d ;

8 7 7 w e l l s w i t h o u t a c o m p

l e t i o n d a t e r e p o r t p r o d

u c t i o n b e f o r e t h e e n d o f 2 0 1 1

. ) N o n e t h e l e s s

, w e f

i n d n o s t a t i s t i c a l l y s i g n i f i c a n t i m p a c t o f w e l l s a t

t h i s d e v e l o p m e n t s t a g e o n o b s e r

v e d C l c o n c e n t r a t i o n s ( T a b l e 1

, c o l u m n 3 )

.

I n c o n t r a s t

, t h e d e n s i t

y o f w a s t e t r e a t m e n t f

a c i l i t i e s a c c e p t i n g s h a l e g a s w a s t e u p s t r e a m i n a m o n i t o r ’ s w a t e r s h e d i n c r e a s e s C l c o n c e n t r a t i o n s a t

m o n i t o r s d o w n s t r e a m ( T a b l e 1

, c o l u m n s 2

– 5 )

. T h e a n n u a l q u a n t i t y o f w a s t e w a t e r s h i p p e d t o w a s t e t r e a t m e n t f

a c i l i t i e s u p s t r e a m o f a m o n i t o r

, d i v i d e d b y t h e u p s t r e a m a r e a o f t h e w a t e r s h e d

, h a s v a r y i n g s t a t i s t i c a l s i g n i f

i c a n c e ( T a b l e 1

, c o l u m n s 4

– 5 )

. W a s t e s h i p m e n t q u a n t i t y d a t a a r e

p o t e n t i a l l y p r o b l e m a t i c ( S I D a t a )

. H o w e v e r

, t h e y r e p r e s e n t t h e o n l

y d a t a c u r r e n t l y a v a i l a b l e o n t h e q u a n t i t y o f s h a l e g a s w a s t e t r e a t e d a n d

r e l e a s e d b y p a r t i c u l a r f

a c i l i t i e s

. T h e q u a n t i t y o f w a s t e s h i p p e d t o t r e a t m e n t f

a c i l i t i e s i n a w a t e r s h e d i s c o r r e l a t e d w i t h t h e d e n s i t y o f s h a l e g a s w e l l s

.

I f t h e d e n s i t y o f w e l l s i s i n c l u d e d i n t h e a n a l

y s i s

, t h e w a s t e q u a n t i t y i s p o s i t i v e b u t s t a t i s t i c a l l y i n s i g n i f i c a n t ( T a b l e 1

, c o l u m n 4 )

. I f t h e w e l l s

v a r i a b l e i s d r o p p e d

, t h e w a s t e q

u a n t i t y v a r i a b l e i s p o s i t i v e a n d w e a k l y s i g n i f i c a n t ( T a b l e 1

, c o l u m n 5 )

. B e c a u s e t h e c o e f

f i c i e n t s o f t h e w e l l s a r e

s t a t i s t i c a l l y i n s i g n i f i c a n t i n a l l m o d e l s

, t h i s s u g g e s t s a p o t e n t i a l m a r g i n a l e f f e c t o f t h e q u a n t i t y o f w a s t e t r e a t e d a n d r e l e a s e d u p s t r e a m o n C l

c o n c e n t r a t i o n s

, c o n t r o l l i n g f

o r t h e s p a t i a l d e n s i t

y o f t r e a t i n g f a c i l i t i e s

.

T h e i m p a c t o f t r e a t e d s h a l e g a s w a s t e o n d o w n s t r e a m C l c o n c e n t r a t i o n s m a y v a r y a c r o s s t r e a t m e n t f

a c i l i t i e s

. W e d i v i d e f a c i l i t i e s i n t o t h o s e t h a t

w e r e a f f e c t e d b y t h e 2 0 1 1 v o l u n t a r

y r e q u e s t t o s u s p e n d s h i p m e n t s ( P O T

W s a n d g r a n d f a t h e r e d C W T s ) a n d t h o s e t h a t w e r e n o t a f

f e c t e d

( n o n g r a n d f a t h e r e d C W T s )

. R e s u l t s s u g g e s t t h a t t h e o b s e r v e d i n c r e a s e i n d o w n s t r e a m C l c o n c e n t r a t i o n s i s d u e m o r e t o t h e f a c i l i t i e s t h a t h a v e

r e c e i v e d r e g u l a t o r y a t t e n t i o n t h a n t o t h o s e t h a t h a v e n o t ; t h e c o e f f i c i e n t o n t h e a f f e c t e d f a c i l i t i e s i s p o s i t i v e a n d s t a t i s t i c a l l y s i g n i f i c a n t ( T a b l e 1

,

c o l u m n 6 )

. H o w e v e r

, t h e P A D E P d a t a i n d

i c a t e t h a t s o m e a f f e c t e d f a c i l i t i e s a c c e p t e d s h a l e g a s w a s t e d

u r i n g t h e p e r i o d J u l

y 2 0 1 1

– D e c e m b e r 2 0 1 1

,

a l t h o u g h o p e r a t o r s w e r e t o h a v e v o l u n t a r i

l y s t o p p e d s e n d i n g w a s t e t o t h e s e f

a c i l i t i e s i n M a y 2 0 1 1 ( S

u p p o r t i n g I n f o r m a t i o n )

.

A s i m p l e m o d e l r e g r e s s i n g o b s e r

v e d T S S c o n c e n t r a t i o n s o n t h e F E s a n d p r e c i p i t a t i o n f i n d s t h a t

p r e c i p i t a t i o n i n t h e w a t e r s h e d i n c r e a s e s T S S c o n c e n t r a t i o n s ( T a b l e 2 )

. T h e m a g n i t u d e o f t h i s e x p e c t e d e f

f e c t d o e s n o t c h a n g e a s w e a l t e r m o d e l −

−

−

−

−

−

−

−

−

−

−

−

−

−

−

−

−

−

−

−

−

### 5 / 1 4 / 1 3 S h a l e g a s d e v e l o p m e n t i m p a c t s o n s u r f a c e w a t e r q u a l i t

y i n P e n n s y

l v a n i a

w w w

. n c b i

. n l m

. n i h

. g o

v / p m c / a r t i c l e s / P M C 3 6 1 2 6 0 5 / 4 / 6 G o t o :

G o t o :

G o t o : s p e c i f i c a t i o n

.

T a b l e 2

.

E s t i m a t e d i m p a c t s o f s h a l e g a s w e l l s a n d w a s t e t r e a t m e n t o n d o w n s t r e a m T S S c o n c e n t r a t i o n s

( m i l l i g r a m s p e r l i t e r )

T h e d e n s i t y o f u p s t r e a m w a s t e t r e a t m e n t f

a c i l i t i e s a c c e p t i n g s h a l e g a s w a s t e h a s a s t a t i s t i c a l l y i n s i g n i f i c a n t e f f e c t o n d o w n s t r e a m T S S

c o n c e n t r a t i o n s

, a l t h o u g h t h e c o e f

f i c i e n t s a r e p o s i t i v e ( T a b l e 2

, c o l u m n s 2

– 5 )

. T

h e d e n s i t y o f s h a l e g a s w e l l s u p s t r e a m i n a m o n i t o r ’ s w a t e r s h e d

, i n

c o n t r a s t

, h a s a p o s i t i

v e a n d s i g n i f i c a n t i m p a c t o n d o w n s t r e a m T S S c o n c e n t r a t i o n s ( T a b l e 2

, c o l u m n 2 )

.

W e a l s o t e s t f o r t h e r e l a t i v e i m p a c t o f w e l l p a d p r e p a r a t i o n v s

. a c t i

v i t i e s s p e c i f i c t o i n d i v i d u a l w e l l s

. T h e d a t a d o n o t i n d

i c a t e w h i c h w e l l s a r e o n t h e

s a m e w e l l p a d ; t h u s

, w e a s s u m e t h a t w e l l s w i t h i n 1 a c r e s h a r e a p a d

. T h e a v e r a g e n u m b e r o f w e l l s o n a p a d u s i n g t h i s m e t h o d i s a b o u t 3

. 7

. W e

t h e n c r e a t e a v a r i a b l e d e s c r i

b i n g t h e d e n s i t y o f w e l l p a d s u p s t r e a m i n a m o n i t o r ’ s w a t e r s h e d

. I f p a d p r e p a r a t i o n i s a m o r e s i g n i f i c a n t d r i v e r o f T S S

i m p a c t s t h a n i n d i v i d u a l w e l l s

, t h e m a g n i t u d e o f t h e w e l l p a d e s t i m a t e s h o u l d b e l e s s t h a n t h e i m p a c t o f a n i n d i v i d u a l w e l l

, m u l t i p l i e d b y t h e

a v e r a g e n u m b e r o f w e l l s o n a p a d

. T

h e w e l l p a d v a r i a b l e i s p o s i t i

v e

, w e a k l y s i g n i f i c a n t ( T a b l e 2

, c o l u m n 3 )

, a n d a b o u t t

w i c e t h e m a g n i t u d e o f t h e

v a r i a b l e f o r i n d i v i d u a l w e l l s ( T a b l e 2

, c o l u m n 2 )

. A

l t h o u g h w e m a y h a v e i n t r o d

u c e d s o m e a t t e n u a t i o n b i a s f

r o m m e a s u r e m e n t e r r o r i n

c o n s t r u c t i n g t h e w e l l p a d v a r i a b l e

, t h i s r e s u l t i s c o n s i s t e n t w i t h t h e h y p o t h e s i s t h a t t h e n e t T S S i m p a c t s o f w e l l s m a y b e d u e m o r e t o w e l l p a d

p r e p a r a t i o n t h a n t o a c t i

v i t i e s a s s o c i a t e d w i t h i n d

i v i d u a l w e l l b o r e s

.

I f t h e T S S i m p a c t s w e e s t i m a t e f

r o m s h a l e g a s w e l l s a r e d

u e t o s t o r m w a t e r

- r e l a t e d t r a n s p o r t o f s e d

i m e n t t o w a t e r b o d

i e s

, t h e y s h o u l d i n t e n s i f y

w i t h r a i n

. I n t e r a c t i n g t h e w e l l p a d d e n s i t

y v a r i a b l e w i t h p r e c i p i t a t i o n d o e s n o t s u p p o r t t h i s h y p o t h e s i s ; c o e f f i c i e n t s o n w e l l p a d d e n s i t

y a n d t h e

i n t e r a c t i o n t e r m a r e p o s i t i

v e b u t s t a t i s t i c a l l y i n s i g n i f i c a n t ( T a b l e 2

, c o l u m n 4 )

. F i n a l l

y

, i f t h e s e i m p a c t s a r e r e l a t e d p r i m a r i

l y t o d i s t u r b a n c e f r o m

l a n d c l e a r i n g a n d p a d c o n s t r u c t i o n

, w e s h o u l d o b s e r v e s t r o n g e r i m p a c t s f

r o m p a d s o n w h i c h t h e f

i r s t o b s e r v e d w e l l i s b e t w e e n t h e p e r m i t d a t e a n d

t h e s p u d d a t e t h a n f

r o m p a d s t h a t a r e f

u r t h e r a l o n g i n d e v e l o p m e n t

. H o w e v e r

, p e r m i t t e d b u t u n d r i

l l e d w e l l s a r e n e g a t i

v e a n d i n s i g n i f i c a n t

, a n d

t h e s t a t i s t i c a l s i g n i f

i c a n c e o f t h e w e l l p a d s v a r i a b l e d

i s a p p e a r s a s w e l l ( T a b l e 2

, c o l u m n 5 )

. ( T

h e c o e f f i c i e n t e s t i m a t e o n t h e d e n s i t

y o f w e l l p a d s f o r

w h i c h o n e o r m o r e w e l l s a r e p e r m i t t e d b u t n o t y e t s p u d d e d r e m a i n s i n s i g n i f i c a n t i f w e d r o p t h e v a r i a b l e c a p t u r i n g t h e t o t a l n u m b e r o f w e l l p a d s

. )



### I N T E R P R E T A T I O N A N D D I S C U S S I O N

R e s u l t s f o r C l s u g g e s t t h a t t h e p r e s e n c e o f s h a l e g a s w e l l s u p s t r e a m i n a m o n i t o r ’ s w a t e r s h e d d o e s n o t r a i s e o b s e r v e d c o n c e n t r a t i o n s b u t t h a t t h e

t r e a t m e n t a n d r e l e a s e o f w a s t e w a t e r f

r o m s h a l e g a s w e l l s b y p e r m i t t e d f

a c i l i t i e s u p s t r e a m i n a m o n i t o r ’ s w a t e r s h e d d o e s

. T h e s e r e s u l t s a r e n o t

c o n s i s t e n t w i t h t h e p r e s e n c e o f s i g n i f

i c a n t f l o w s o f h i g h

- C l s h a l e g a s w a s t e t h r o u g h a c c i d e n t a l r e l e a s e s d i r e c t l y i n t o s u r f a c e w a t e r f r o m w e l l s i t e s

.

H o w e v e r

, s u r f a c e w a t e r d i s p o s a l o f t r e a t e d w a s t e f

r o m s h a l e g a s w e l l s r e p r e s e n t s a p o t e n t i a l l

y i m p o r t a n t w a t e r q

u a l i t y b u r d e n

. T a k i n g i n t o

a c c o u n t a v e r a g e w a t e r s h e d s i z e a n d m e a n C l c o n c e n t r a t i o n s

, t h e c o e f f i c i e n t s i n T a b l e 1 s u g g e s t t h a t a 1

- S D i n c r e a s e i n t h e s p a t i a l d e n s i t y o f

u p s t r e a m w a s t e t r e a t m e n t f

a c i l i t i e s ( a n a d d i t i o n a l 1

. 5 f a c i l i t i e s t r e a t i n g w a s t e u p s t r e a m i n a w a t e r s h e d ) r e s u l t s i n a 1 0

– 1 1 % i n c r e a s e i n C l

d o w n s t r e a m

, d e p e n d

i n g o n t h e s p e c i f i c a t i o n

. ( W e c a l c u l a t e t h i s e f

f e c t a s f o l l o w s : ( S D o f u p s t r e a m f

a c i l i t i e s p e r k m × c o e f

f i c i e n t ) / a v e r a g e C l

c o n c e n t r a t i o n

. ) S h a l e g a s w a s t e w a t e r s h i p m e n t s t o P e n n s y l v a n i a P O T W s h a v e c e a s e d a s o f J a n u a r

y 2 0 1 2

. H o w e v e r

, t h e d o c u m e n t a t i o n o f a

m e a s u r a b l e s u r f a c e w a t e r i m p a c t f

r o m o n l y t h e f i r s t y e a r s o f b u r g e o n i n g d e

v e l o p m e n t i s r e l e v a n t t o C W T s t h a t c o n t i n u e t o t r e a t s h a l e g a s

w a s t e w a t e r a s w e l l a s t o o t h e r j u r i s d

i c t i o n s c o n s i d e r i n g t r e a t m e n t b y P O T

W s

. F u r t h e r m o r e

, a p a r t f

r o m C l

, m a n y o t h e r w a s t e w a t e r c o n s t i t u e n t s

c o u l d p o t e n t i a l l y r e a c h s u r f a c e w a t e r

, a l t h o u g h a v a i

l a b l e d a t a o n t h e i r c o n c e n t r a t i o n s i s l i m i t e d ( S u p p o r t i n g I n f o r m a t i o n )

.

R e s u l t s f o r T S S s u g g e s t a d

i f f e r e n t p a t h w a y o f p o t e n t i a l c o n c e r n

. T

h e p r e s e n c e o f s h a l e g a s w e l l s u p s t r e a m i n a m o n i t o r ’ s w a t e r s h e d r a i s e s

o b s e r v e d T S S c o n c e n t r a t i o n s d o w n s t r e a m

. I n c r e a s i n g t h e a v e r a g e d e n s i t y o f w e l l p a d s u p s t r e a m i n a m o n i t o r ’ s w a t e r s h e d b y 1 S D ( a n a d d i t i o n a l

1 8 w e l l p a d s ) r e s u l t s i n a b o u t a 5 % i n c r e a s e i n o b s e r v e d T S S c o n c e n t r a t i o n s ( T a b l e 2

, c o l u m n 3 )

. S h a l e g a s w a s t e s h i p m e n t s t o p e r m i t t e d t r e a t m e n t

f a c i l i t i e s d o n o t a p p e a r t o r a i s e T S S c o n c e n t r a t i o n s

. I n t h e c a s e o f T S S

, t h e p r i m a r y w a t e r q u a l i t y b u r d e n m a y b e a s s o c i a t e d w i t h t h e p r o c e s s o f

c l e a r i n g l a n d f o r i n f r a s t r u c t u r e

. H o w e

v e r

, g i v e n t h a t w e d o n o t d e t e c t a n i n c r e a s e i n T S S i m p a c t s o f w e l l p a d s d u r i n g p r e c i p i t a t i o n e

v e n t s

, o r a n

i n c r e a s e a s s o c i a t e d w i t h w e l l p a d s i n c o n s t r u c t i o n

, t h e p a r t i c u l a r m e c h a n i s m s t h r o u g h w h i c h s h a l e g a s i n f r a s t r u c t u r e m a y i n c r e a s e T S S i n l o c a l

w a t e r b o d i e s a r e u n c l e a r

. F u r t h e r a n a l

y s i s u s i n g d a t a o n p i p e l i n e a n d n e w r o a d c o n s t r u c t i o n w o u l d b e h e l p f u l i n t h i s r e g a r d

. T

h e o b s e r v e d i n c r e a s e

i n T S S c o n c e n t r a t i o n s c o u l d p o t e n t i a l l

y b e a s s o c i a t e d w i t h s p i

l l s o r o t h e r e m i s s i o n s a t w e l l s i t e s

, r a t h e r t h a n c o n s t r u c t i o n

, b u t t h e i n a b i l i t y o f o u r

m o d e l s t o d e t e c t i n c r e a s e s i n C l f

r o m w e l l s i t e s ( a s t r o n g m a r

k e r f o r s h a l e g a s w a s t e

, r e l a t i

v e t o T S S

, w h i c h h a v e m a n y m o r e s o u r c e s ) i s n o t

c o n s i s t e n t w i t h t h i s p o s s i

b i l i t y

.

T h e n a t u r e o f s u r f a c e w a t e r c o n t a m i n a t i o n f

r o m s h a l e g a s d e v e l o p m e n t c o n s i d e r e d h e r e i s q

u a l i t a t i v e l y d i f f e r e n t f r o m t h e g r o u n d w a t e r c o n c e r n s

e x p l o r e d i n t h e l i t e r a t u r e ( 5

, 7 )

. A

l t h o u g h g r o u n d w a t e r c o n c e r n s m a y h a v e p r i m a r i

l y t o d o w i t h c o n t a m i n a t i o n d

i r e c t l y f r o m w e l l b o r e s o r s h a l e

f o r m a t i o n s

, s u r f a c e w a t e r c o n c e r n s m a y h a v e p r i m a r i

l y t o d o w i t h o f f

- s i t e w a s t e t r e a t m e n t a n d a b o v e g r o u n d l a n d m a n a g e m e n t

.

T h e e f f e c t s o f s h a l e g a s d e

v e l o p m e n t o n s u r f

a c e w a t e r q u a l i t y t h a t w e e s t i m a t e c o n t r o l f

o r a v e r a g e c o n t a m i n a n t c o n c e n t r a t i o n s a t a m o n i t o r

,

a v e r a g e c o n c e n t r a t i o n s f

o r e a c h m o n t h i n t h e d a t a

, a n d a v e r a g e c o n c e n t r a t i o n s i n e a c h c a l e n d a r m o n t h b y w a t e r s h e d

, a s w e l l a s p r e c i p i t a t i o n

.

T h u s

, t h e s h a l e g a s c o e f

f i c i e n t e s t i m a t e s a r e i d e n t i f

i e d f r o m w i t h i n

- m o n i t o r v a r i a t i o n i n c o n t a m i n a n t c o n c e n t r a t i o n s

, c o n t r o l l i n g c a r e f u l l y f o r

e x o g e n o u s t r e n d s i n w a t e r q

u a l i t y

. H o w e v e r

, t h i s a p p r o a c h c a n n o t c o n f

i r m o r r u l e o u t i n d

i v i d u a l a c c i d e n t a l r e l e a s e s o f f

l o w b a c k a n d o t h e r f

l u i d s

t o s u r f a c e w a t e r

. O u r a p p r o a c h i s c o m p

l e m e n t a r y t o p h y s i c a l s c i e n c e s t u d

i e s t h a t w o u l d e s t a b l i s h t h e e x a c t m e c h a n i s m s t h r o u g h w h i c h s h a l e g a s

d e v e l o p m e n t m a y a f

f e c t d o w n s t r e a m s u r f

a c e w a t e r q u a l i t y

.

F i n a l l y

, t h e e c o n o m i c a l l

y o p t i m a l l e v e l o f p o l l u t i o n i s g e n e r a l l

y n o t z e r o

, a n d f u r t h e r w o r k w o u l d b e n e c e s s a r

y t o q u a n t i f y t h e b e n e f i t s a n d c o s t s o f

t h e s h a l e g a s d e v e l o p m e n t a c t i v i t i e s g e n e r a t i n g t h e s e e x t e r n a l i t i e s

, i n c l u d

i n g m o n e t i z a t i o n o f o u r e s t i m a t e d C l a n d T S S i m p a c t s

. T h e r e s u l t s

h i g h l i g h t t h e n e e d f

o r f u r t h e r r e s e a r c h o n t h e s u r f

a c e w a t e r q u a l i t y i m p a c t s o f s h a l e g a s d e

v e l o p m e n t

, a n d t h e

y m a y p r o v i d e i n p u t t o o p e r a t o r

d e c i s i o n s a n d r e g u l a t o r

y p r o c e s s e s r e g a r d

i n g w e l l l o c a t i o n

, w a s t e d

i s p o s a l

, e r o s i o n c o n t r o l

, a n d c o n t a m i n a n t m o n i t o r i n g

.



### S U P P L E M E N T A R Y M A

T E R I A L

S u p p o r t i n g I n f o r m a t i o n :

C l i c k h e r e t o v i e w

.



### A C K N O W L E D G M E N T S *

−

−

−

−

2

−

−

−

−

### 5 / 1 4 / 1 3 S h a l e g a s d e v e l o p m e n t i m p a c t s o n s u r f a c e w a t e r q u a l i t

y i n P e n n s y

l v a n i a

w w w

. n c b i

. n l m

. n i h

. g o

v / p m c / a r t i c l e s / P M C 3 6 1 2 6 0 5 / 5 / 6 G o t o :

G o t o : W e t h a n k W i l l W h e e l e r a t t h e U S E P A f

o r d a t a o n N P D E S

- p e r m i t t e d f

a c i l i t i e s i n P e n n s y l v a n i a a n d N e w Y o r

k

, t h e B u r e a u o f T o p o g r a p h i c a n d

G e o l o g i c S u r v e y o f t h e P A D C N R f

o r d a t a o n w e l l c o m p

l e t i o n s

, a n d S t e f a n S t a u b l i

. W e g r a t e f

u l l y a c k n o w l e d g e f i n a n c i a l s u p p o r t f r o m t h e A l f r e d P

.

S l o a n F o u n d a t i o n

.



### F O O T N O T E S

T h e a u t h o r s d e c l a r e n o c o n f l i c t o f i n t e r e s t

.

T h i s a r t i c l e i s a P N A S D i r

e c t S u b m i s s i o n

.

* D u r i n g c o m p l e t i o n

, a m u l t i w e l l p a d

, a c c e s s r o a d

, a n d i n f r a s t r u c t u r e a r e e s t i m a t e d t o c o v

e r 7

. 4 a c r e s ; a f t e r c o m p l e t i o n a n d p a r

t i a l r e c l a m a t i o n

, a m u l t i w e l l p a d a v

e r a g e s

4

. 5 a c r e s ( 2 4 )

. U s i n g o u r e s t i m a t e s

, o f t h e w e l l s t h a t a r e w i t h i n 6 3 m ( 1 a c r

e )

, 5 0 % a r e w i t h i n 1 1 m a n d 7 5 % a r

e w i t h i n 2 0 m

. T h e a v

e r a g e n u m b e r o f w e l l s p e r w e l l p a d

i s 3

. 7 ( w i t h a m a x i m u m o f 1 2 )

, a n d 2 5 % o f o u r w e l l p a d g r o u p s h a v e o n l y o n e w e l l

. M a n y w e l l s i n o u r d a t a a r

e o n p a d s f o r w h i c h s o m e w e l l s h a v

e y e t t o b e d r i l l e d

, a n d 1

a c r e m a y b e a c o n s e r

v a t i v e e s t i m a t e o f w e l l p r

o x i m i t y o n a p a d ; t h u s

, 3

. 7 i s l o w e r t h a n t h e a v e r a g e n u m b e r o f w e l l s p e r c o m p l e t e d p a d i n P e n n s y l v a n i a

.

T h i s a r t i c l e c o n t a i n s s u p p o r

t i n g i n f o r m a t i o n o n l i n e a t w

w w

. p n a s

. o r g / l o o k u p / s u p p l / d o i : 1 0

. 1 0 7 3 / p n a s

. 1 2 1 3 8 7 1 1 1 0 /

- / D C S u p p l e m e n t a l

.



### R E F E R E N C E S

1

. U S E n e r g y I n f o r m a t i o n A d m i n i s t r a t i o n A n n u a l E n e r g y O u t l o o k 2 0 1 2

. 2 0 1 2

. D O E / E I A

- 0 3 8 3 ( 2 0 1 2 ) ( U S E n e r g y I n f o r m a t i o n A d m i n i s t r a t i o n

,

W a s h i n g t o n

, D C )

2

. A l v a r e z R A

, P a c a l a S W

, W i n e

b r a k e J J

, C h a m e i d e s W L

, H a m b u r g S P

. G r e a t e r f o c u s n e e d e d o n m e t h a n e l e a k a g e f

r o m n a t u r a l g a s

i n f r a s t r u c t u r e

. P r o c N a t l A c a d S c i U S

A

. 2 0 1 2 ; 1 0 9 ( 1 7 ) : 6 4 3 5

– 6 4 4 0

. [ P M C f

r e e a r t i c l e ] [ P u b M e d ]

3

. U r b i n a I

. ( F e b r u a r y 2 3

– D e c e m b e r 3 1

, 2 0 1 1 ) D r i

l l i n g d o w n s e r i e s

. T

h e N e w Y o r k T i m e s

. A v a i l a b l e a t

h t t p : / / w w w

. n y t i m e s

. c o m / i n t e r a c t i

v e / u s / D R I L L I N G

_ D O W N

_ S E R I E S

. h t m l

. A c c e s s e d F e b r u a r y 2 1

, 2 0 1 3

.

4

. U S E n v i r o n m e n t a l P r o t e c t i o n A

g e n c y

, O f f i c e o f R e s e a r c h a n d D e

v e l o p m e n t ( 2 0 1 1 ) P l a n t

o S t u d y t h e P o t e n t i a l I m p a c t s o f H y d r a u l i c

F r a c t u r i n g o n D r i n k i n g W

a t e r R e s o u r c e s E P A / 6 0 0 / R

- 1 1 / 1 2 2 ( U S E n v i r o n m e n t a l P r o t e c t i o n A g e n c y

, W a s h i n g t o n

, D C )

5

. O s b o r n S G

, V e n g o s h A

, W a r n e r N R

, J a c k s o n R B

. M e t h a n e c o n t a m i n a t i o n o f d r i n k i n g w a t e r a c c o m p a n y i n g g a s

- w e l l d r i l l i n g a n d h y d r a u l i c

f r a c t u r i n g

. P r o c N a t l A c a d S c i U S

A

. 2 0 1 1 ; 1 0 8 ( 2 0 ) : 8 1 7 2

– 8 1 7 6

. [ P M C f

r e e a r t i c l e ] [ P u b M e d ]

6

. S a i e r s J E

, B a r t h E

. P o t e n t i a l c o n t a m i n a n t p a t h w a y s f r o m h y d r a u l i c a l l y f r a c t u r e d s h a l e a q u i f e r s

. G r o u n d W a t e r

. 2 0 1 2 ; 5 0 ( 6 ) : 8 2 6

– 8 2 8

, d i s c u s s i o n 8 2 8

– 8 3 0

. [ P u b M e d ]

7

. W a r n e r N R

, e t a l

. G e o c h e m i c a l e

v i d e n c e f o r p o s s i b l e n a t u r a l m i g r a t i o n o f M a r c e l l u s F o r m a t i o n b r i n e t o s h a l l o w a q u i f e r s i n P e n n s y l v a n i a

. P r o c

N a t l A c a d S c i U S A

. 2 0 1 2 ; 1 0 9 ( 3 0 ) : 1 1 9 6 1

– 1 1 9 6 6

. [ P M C f

r e e a r t i c l e ] [ P u b M e d ]

8

. U S E n v i r o n m e n t a l P r o t e c t i o n A

g e n c y

, O f f i c e o f R e s e a r c h a n d D e

v e l o p m e n t

, N a t i o n a l R i s k M a n a g e m e n t R e s e a r c h L a b o r a t o r y ( 2 0 1 1 )

I n v e s t i g a t i o n o f G r o u n d W a t e r C o n t a m i n a t i o n n e a r P a v i l l i o n

, W y o m i n g

, E P A 6 0 0 / R

- 0 0 / 0 0 0 ( U S E n v i r o n m e n t a l P r o t e c t i o n A g e n c y

, A d a

, O K )

9

. E n t r e k i n S

, E v a n s

- W h i t e M

, J o h n s o n B

, H a g e n b u c h E

. R a p i d e x p a n s i o n o f n a t u r a l g a s d e v e l o p m e n t p o s e s a t h r e a t t o s u r f

a c e w a t e r s

. F r o n t E c o l

E n v i r o n

. 2 0 1 1 ; 9 ( 9 ) : 5 0 3

– 5 1 1

.

1 0

. R o z e l l D

, R e a v e n S

. W a t e r p o l l u t i o n r i s k a s s o c i a t e d w i t h n a t u r a l g a s e x t r a c t i o n f r o m t h e M a r c e l l u s S h a l e

. R i s k A n a l

. 2 0 1 2 ; 3 2 ( 8 ) : 1 3 8 2

– 1 3 9 3

. d o i : 1 0

. 1 1 1 1 / j

. 1 5 3 9

- 6 9 2 4

. 2 0 1 1

. 0 1 7 5 7

. x

. [ P u b M e d ] [ C r o s s R e f ]

1 1

. N a n c e H

. T r a c k i n g s a l i n i t

y s o u r c e s t o T e x a s s t r e a m s : E x a m p

l e s f r o m W e s t T e x a s a n d t h e T e x a s G u l f C o a s t a l P l a i n

. G u l f C o a s t A s s o c G e o l S o c

T r a n s

. 2 0 0 6 ; 5 6 : 6 7 5

– 6 9 3

.

1 2

. S h i p l e y F

. O i l f i e l d

- p r o d u c e d b r i n e s i n a c o a s t a l s t r e a m : W a t e r q

u a l i t y a n d f i s h c o m m u n i t y r e c o v e r y f o l l o w i n g l o n g t e r m i m p a c t s

. T e x J S c i

.

1 9 9 1 ; 4 3 ( 1 ) : 5 1

– 6 4

.

1 3

. V e i l J

. W a t e r M a n a g e m e n t T e c h n o l o g i e s U s e d b y M a r c e l l u s S h a l e G a s P r o d u c e r s

, F i n a l R e p o r t

, D O E A

w a r d N o

. F W P 4 9 4 6 2

. A r g o n n e

, I L : U S

D e p a r t m e n t o f E n e r g y

, A r g o n n e N a t i o n a l L a b o r a t o r y ; 2 0 1 0

.

1 4

. S l a t e r D

. W a t e r s h e d m o m e n t

. S i e r r a

. 2 0 1 1 ; 9 6 ( 5 ) : 1 4

.

1 5

. O h i o D e p a r t m e n t o f N a t u r a l R e s o u r c e s P r e l i m i n a r y R e p o r t o n t h e N o r t h s t a r 1 C l a s s I I I n

j e c t i o n W e l l a n d t h e S e i s m i c E v e n t s i n t h e

Y o u n g s t o w n

, O h i o A r e a

. C o l u m b u s

, O H : O h i o D e p a r t m e n t o f N a t u r a l R e s o u r c e s ; 2 0 1 2

. A v a i l a b l e a t

h t t p : / / o h i o d n r

. c o m / d o w n l o a d s / n o r t h s t a r / U I C r e p o r t

. p d f

. A c c e s s e d F e b r u a r y 2 1

, 2 0 1 3

.

1 6

. E l l s w o r t h W

, e t a l

. A r e s e i s m i c i t

y r a t e c h a n g e s i n t h e m i d c o n t i n e n t n a t u r a l o r m a n m a d e ? S e i s m o l R e s L e t t

. 2 0 1 2 ; 8 3 ( 2 ) : 4 0 3

.

1 7

. S o e d e r D

, K a p p e l W

. W a t e r R e s o u r c e s a n d N a t u r a l G a s P r o d u c t i o n f r o m t h e M a r c e l l u s S h a l e

. 2 0 0 9

. U

. S

. G e o l o g i c a l S u r v e y F a c t S h e e t 2 0 0 9

–

3 0 3 2 ( U S G e o l o g i c a l S u r

v e y

, W e s t T r e n t o n

, N J )

. A

v a i l a b l e a t h t t p : / / p u b s

. u s g s

. g o v / f

s / 2 0 0 9 / 3 0 3 2 / p d f / F S 2 0 0 9

- 3 0 3 2

. p d f

. A c c e s s e d F e b r u a r y 2 1

,

2 0 1 3

.

1 8

. P e n n s y l v a n i a S t a t e U n i v e r s i t y

, C o l l e g e o f A g r i c u l t u r a l S c i e n c e s S h a p i n g P r o p o s e d C h a n g e s t o P e n n s y l v a n i a ’ s T o t a l D i s s o l

v e d S o l i d s S t a n d a r d : A

G u i d e t o t h e P r o p o s a l a n d t h e C o m m e n t i n g P r o c e s s

. U n i v e r s i t y P a r k

, P A : P e n n s y l v a n i a S t a t e U n i v ; 2 0 1 0

. A v a i l a b l e a t

h t t p : / / e x t e n s i o n

. p s u

. e d

u / w a t e r / c o n s e r v a t i o n / c o n s u m p t i o n

- a n d

- u s a g e / T D S

- h i g h r e s

- u p d a t e D e c 0 9

. p d f / v i e w

. A c c e s s e d F e

b r u a r y 2 1

, 2 0 1 3

.

1 9

. K a u s h a l S S

, e t a l

. I n c r e a s e d s a l i n i z a t i o n o f f

r e s h w a t e r i n t h e n o r t h e a s t e r n U n i t e d S t a t e s

. P r o c N a t l A c a d S c i U S A

. 2 0 0 5 ; 1 0 2 ( 3 8 ) : 1 3 5 1 7

– 1 3 5 2 0

. [ P M C f r e e a r t i c l e ] [ P u b M e d ]

2 0

. N e l s o n S

, Y o n g e D

, B a r

b e r M

. E f f e c t s o f r o a d s a l t s o n h e a v y m e t a l m o b i

l i t y i n t w o e a s t e r n W a s h i n g t o n s o i

l s

. J E n v i r o n E n g

.

2 0 0 9 ; 1 3 5 ( 7 ) : 5 0 5

– 5 1 0

.

2 1

. N o v o t n y E

, S t e f

a n H

. P r o j e c t i o n s o f c h l o r i d e c o n c e n t r a t i o n s i n u r

b a n l a k e s r e c e i v i n g r o a d d e

- i c i n g s a l t

. W a t e r A

i r S o i l P o l l u t

. 2 0 1 0 ; 2 1 1 ( 1

-

4 ) : 2 6 1

– 2 7 1

.

2 2

. W i l l i a m s H

, H a v e n s D

, B a n k s K

, W a c h a l D

. F i e l d

- b a s e d m o n i t o r i n g o f s e d

i m e n t r u n o f f f r o m n a t u r a l g a s w e l l s i t e s i n D e n t o n C o u n t

y

, T e x a s

,

### 5 / 1 4 / 1 3 S h a l e g a s d e v e l o p m e n t i m p a c t s o n s u r f a c e w a t e r q u a l i t

y i n P e n n s y

l v a n i a

w w w

. n c b i

. n l m

. n i h

. g o

v / p m c / a r t i c l e s / P M C 3 6 1 2 6 0 5 / 6 / 6 U S A

. E n v i r o n G e o l

. 2 0 0 8 ; 5 5 ( 7 ) : 1 4 6 3

– 1 4 7 1

.

2 3

. U S E n v i r o n m e n t a l P r o t e c t i o n A

g e n c y

, O f f i c e o f R e s e a r c h a n d D e

v e l o p m e n t a n d O f

f i c e o f W a t e r

. ( 2 0 0 6 ) W

a d e a b l e S t r e a m A s s e s s m e n t : A

C o l l a b o r a t i v e S u r v e y o f t h e N a t i o n ’ s S t r e a m s

, E P A 8 4 1

- B

- 0 6

- 0 0 2 ( U S E n v i r o n m e n t a l P r o t e c t i o n A g e n c y

, W a s h i n g t o n

, D C )

2 4

. N e w Y o r k D e p a r t m e n t o f E n v i r o n m e n t a l C o n s e r

v a t i o n 2 0 1 1

. R e v i s e d d r a f t s u p p l e m e n t a l g e n e r i c e n v i r o n m e n t a l i m p a c t s t a t e m e n t o n t h e o i l

,

g a s a n d s o l u t i o n m i n i n g r e g u l a t o r

y p r o g r a m

, w e l l p e r m i t i s s u a n c e f

o r h o r i z o n t a l d r i l l i n g a n d h i g h

- v o l u m e h y d r a u l i c f

r a c t u r i n g t o d e v e l o p t h e

M a r c e l l u s S h a l e a n d o t h e r l o w

- p e r m e a b i

l i t y g a s r e s e r v o i r s

. A v a i l a b l e a t w w w

. d e c

. n y

. g o v / d o c s / m a t e r i a l s

_ m i n e r a l s

_ p d f / r d s g e i s e x e c s u m 0 9 1 1

. p d

f

.

A c c e s s e d F e b r u a r y 2 1

, 2 0 1 3

.

A r t i c l e s f r o m P r o c e e d i n g s o f t h e N a t i o n a l A c a d e m y o f S c i e n c e s o f t h e U n i t e d S t a t e s o f A m e r i c a a r e p r o v i d e d h e r e c o u r t e s y o f N a t i o n a l A c a d e m y o f S c i e n c e s