Når is og sne smelter væk i vandløb og grundvand, vejsalt følger med

Ved kanten af ​​Behrend Fields, hvor en gangsti fører tilbage til en 1 hektar stor parkeringsplads, Pam Silver bøjer sig ned og øser en håndfuld sne i en lille plastikkop.

Det er februar, 2016. Sølv, fremtrædende professor i biologi ved Penn State Erie, Behrend College, rækker koppen til Mali Lubic, en af ​​et dusin biologi- og miljøvidenskabelige studerende, der frivilligt har meldt sig til at samle sne fra 110 steder på campus. Lubic passer den ind i en kasse med et gitter på fire hektar kortlagt på låget. Frisk sne blæser omkring hende, mens hun forsegler den.

"Jeg kunne undvære den vind, " siger Lubic.

De har været herude i en time, cupping sne fra bredden af ​​Trout Run, og fra skoven over den, og fra et sted lige uden for atletikholdets kuglestød. De har prøver fra cykelstien, tredje- og førstebasekanten af ​​softballbanen, og fra bunden af ​​retningsskiltet, der leder trafikken væk fra firesporet, 180 millioner dollars Bayfront Connector, der løber langs den nordlige kant af campus.

Sølv, en akvatisk økolog, samler sneen op for at komme til stensaltet, der er blevet blandet ind i den. Hun vil vide, hvor saltet, der vaskes, pløjet, og blæst af campus stier og veje går efter sneen smelter. I laboratoriet, hun, Lubic og andre studerende vil smelte prøverne og måle deres elektriske ledningsevne, en angivelse af, hvor meget salt der er i hver. Disse data vil forfine et kort, der viser forhøjede koncentrationer af salt ikke kun på kollegiets parkeringspladser og gangbroer, men også langs Trout Run, som løber ud i Fourmile Creek, som munder ud i Lake Erie, den primære drikkevandskilde til de 280, 000 indbyggere i Erie County.

Når det sner igen, og bankkassen eller postekspedienten eller vognmanden i supermarkedet, tramper gennem vinterbakken, vittigheder om, at Eries vintre aldrig rigtig slutter, Silver vil have data, der beviser det.

Fire måneder senere, på en 88 graders dag, hun vil tjekke saltindholdet i Glenhill Stream, et stenkast med tre spring fra hendes kontor i Benson Building. Det bliver ni gange højere, end det burde være.

Fordele og omkostninger

Silver accepterer, at et vist niveau af salt er nødvendigt. De 4, 300 studerende og 700 ansatte, der bor, undersøgelse, og arbejde hos Penn State Behrend gør det gennem vintersæsonen, som i Erie typisk producerer mere end 100 tommer sne.

"På kort sigt, den primære bekymring er sikkerhed, " Silver forklarer. "Vi ønsker ikke, at folk falder, når de går til klassen."

Campus vedligeholdelse og drift personale, som har leveret data og logistisk støtte til hendes undersøgelse, anvender mere end 500 tons stensalt på højskolens gangbroer og parkeringspladser hvert år. De blander det med stenkorn, som tilføjer friktion. Kornet reducerer også prisen på saltet, som købes i løs vægt fra Morton Salt, som udvinder mere end 1,3 millioner tons stensalt hvert år fra en stor forekomst 2, 000 fod under Lake Erie. Selv da, omkostningerne er betydelige:Kollegiet vil bruge mere end $39, 000 på stensalt i år.

Parkeringskanter holder noget af saltet på fortovet, reduktion af saltniveauer i tilstødende områder. Stenner trækker mere af det i stormkloakker, som til sidst munder ud i søen. Et omfattende dræningssystem under Bayfront Connector leder afstrømningen ind i et konstrueret vådområde og væk fra nærliggende hjem. Et andet vådområde absorberer saltoversprøjtning fra vejen.

Pennsylvania Department of Transportation er opmærksom på sit saltforbrug:Det gælder næsten 27, 500 tons salt hvert år til 779 miles af Erie County veje, herunder motorveje. I 2003, når forbindelsen var færdig, afdelingen bad Silver om at undersøge den nye vejs indvirkning på nærliggende dyr.

"Vi havde disse helt nye, jomfruelige vådområder, der aldrig havde haft vand i dem, " siger hun. "Det var et perfekt udgangspunkt for en forskningsundersøgelse."

Dataloggere købt af Pennsylvania Department of Transportation målte saltniveauet i og nær et af disse vådområder i tre år. Silver analyserede dataene, og sediment fra bunden af ​​vådområderne, at vurdere indvirkningen på ikke-bidende myg, som lever under sumpede forhold.

"Midges er en god indikatorart, Silver forklarer. "De er nemme at dyrke, deres biologi er godt forstået, og de lever i mudderet. Hvis salt skal samle sig, det vil være der, i sedimentet. Vi kan se, hvordan det påvirker dem."

To år efter vejen åbnede, der var betydeligt færre midges i vådområdet designet til at modtage afstrømningen end i andre konstruerede vådområder, der blev holdt fri for salt.

Silver vil gerne vide, hvilken indflydelse forhøjede saltkoncentrationer har på andre tråde i fødenettet, herunder alger, salamandere, frøer, og fisk. "Saltning af ferskvand kan forårsage enorme økologiske skader, " siger hun. "Alle de naturlige tjenester, som ferskvand giver, inklusive fotosyntese og bearbejdning af bladmateriale - de processer, der ikke er på vores radar, men som holder os i live - er direkte påvirket af det."

Der er også en økonomisk omkostning:Fritidsfiskeri er en forretning på 1,3 milliarder dollars i Pennsylvania, ifølge statens Fiske- og Bådkommission. Det forsvinder, hvis levestedet ikke længere kan opretholde fisk.

For nu, imidlertid, Sølv er fokuseret på afstrømningen af ​​salt på tværs af Penn State Behrends 854 hektar store campus. "Hvis vi kan samle brikkerne her, " hun siger, "Vi vil have et langt mere fuldstændigt billede af, hvilken indvirkning dette salt har på vores miljø, inklusive vores drikkevand. Hvis vi kan udvikle nye metoder til at indeholde det, eller for at bruge det mere effektivt, og vi kan pege på den succes, Andet, større enheder, herunder kommuner, kan følge trop."

Ser problemet

"For at løse et problem, du skal først se det, " siger Michael Naber, underviser i geovidenskab. Med hjælp fra Devin Beggs, hovedfag i naturvidenskab, Naber kortlagde de ledningsevneniveauer, som Silver og hendes elever registrerede over en periode på seks uger sidste vinter. Disse data, trukket fra de 110 prøvetagningssteder, tillod ham at forudsige tilstedeværelsen af ​​salt andre steder på campus.

"Folk ved, at det her er derude, " siger han. "De ser det på deres biler og deres støvler og på tæpperne, når de kommer ind i en bygning. Det, der er øjenåbnende, er, hvor koncentreret det er i nogle områder."

På hans kort, den lille parkeringsplads nær Glenhill Farmhouse er rød på alarmknappen. Nogle sneprøver indsamlet dér havde ledningsevne på mere end 44, 000 mikrosiemens/cm, hvilket er 40 gange det sikre niveau for drikkevand. Ved den koncentration, saltet dræber græs, alger, midger, og fisk.

I løbet af det næste år, Naber vil arbejde med Michael Rutter, lektor i statistik, at forfine saltfordelingsprojektionerne på kortet. De vil bruge yderligere data, inklusive prøver fra den sydlige kant af campus, hvor byggeriet af et 250-sengs opholdshus forventes påbegyndt i slutningen af ​​2017, ændring af afstrømningsruten til lavere højder.

I november, Silver vil indsamle en masse nye oplysninger fra tre dataloggere, som hun har placeret i vandløb på campus. Loggerne måler vandets ledningsevne hvert 15. minut. Ved at matche disse data med vejrrapporter, Sølv bør være i stand til at bestemme, hvor hurtigt ledningsevnen stiger under storme og opvarmningsperioder - og hvor længe saltkoncentrationerne forbliver forhøjede.

Yderligere prøveudtagere vil blive fastgjort til ristene på 15 campus stormafløb. Den indsats bliver koordineret af Tony Foyle, lektor i geologi, hvis elever vil måle ledningsevnen af ​​vand, der kommer ind i afløbene under spidsbelastningsbegivenheder, inklusive storme. En stigning i disse aflæsninger ville være særligt bekymrende:Medaljoner på toppen af ​​ristene forklarer, at rørene under dem løber ud i Trout Run.

Oplyste valg

Den tredje fase af projektet vil involvere fakultetsmedlemmer med ekspertise ud over biologi- og geologiafdelingerne. Silver har en særlig evne til at åbne sit arbejde for yderligere samarbejdspartnere, herunder bachelorstuderende.

"Jeg taler meget om dette projekt, " siger hun. "Jeg bliver ved med at lægge det derude, ordsprog, i bund og grund, 'Det er det, vi laver. Vil du spille?' Folk samler de stykker op, der interesserer dem."

Gymnasieelever fra Northwest Pennsylvania Collegiate Academy hjælper Luciana Aronne, underviser i kemi, test Silvers sneprøver for klorid.

Deborah Aruguete, adjunkt i miljøvidenskab, vil give yderligere analyse. Hun studerer indvirkningen på jordbunden, når giftige metaller frigives i bilers emissioner. Disse metaller gør endnu mere skade, når de blandes med salt.

Silver har mødtes med Joshua Shaw, lektor i filosofi, at diskutere de etiske konsekvenser af saltbrug. Hun ser også muligheder for at arbejde sammen med kolleger i højskolens kommunikations- og statskundskabsafdelinger.

"Miljøproblemer begynder ikke med videnskab, " forklarer hun. "De skyldes, at folk har brug for eller ønsker noget andet. De er politiske, social, og økonomiske problemer, og for at imødegå dem er du virkelig nødt til at få buy-in fra det bredere samfund. Hvis vi kan sætte alle disse stykker sammen og præsentere et klart billede af, hvilken indvirkning dette salt har på vores miljø, folk vil sige, 'Wow, Jeg anede ikke«. Og så, måske, de vil ændre deres vaner."

Silver og hendes elever har talt igennem en lang liste over potentielle rettelser, herunder højere kantstenshøjder og brug af saltlage – flydende saltblandinger – til at behandle vejbaner, før sneen falder. Det kræver fire gange mere salt at fjerne isen, efter den er dannet, end at forhindre det før eller under en snebegivenhed, en undersøgelse fra 2014 fra New York State Department of Transportation fundet.

Andre muligheder inkluderer baldakiner, solpaneler og lukkede stier, der forbinder nogle bygninger på campus. Videnskabsbygningerne Otto Behrend og Hammermill blev forbundet i 2015, giver eleverne mulighed for at bevæge sig gennem School of Science-komplekset med seks bygninger uden at skulle gå udenfor.

Det er en dyr løsning. Silvers egen tilgang - at bane sin egen vej, når det er muligt, at undgå overflader, der er frosset eller skorper – er ikke mere realistisk:De fleste foretrækker at tage det klareste, mest bekvemme rute.

Der går hun, selvom, med sin taske fuld af prøver, træder ud af den ryddede sti og ind i dyb sne. Det griber hende, som film kviksand, klemmer sig fast i hele hendes ben. Hun trasker frem, Lubic et par skridt bagud, vækker fine lysskyer, hvid sne. Stien, og saltet, der rensede det, er kun en brik i et meget større puslespil, en påmindelse om, at enhver bekvemmelighed har en vis konsekvens.