Nordamerikanske vandveje bliver mere saltede og mere basiske

På tværs af Nordamerika, vandløb og floder bliver mere salt, takket være vejtømidler, gødning og andre salte forbindelser, som mennesker indirekte afgiver i vandvejene. På samme tid, ferskvandsforsyningen bliver mere basisk.

Saltet, alkalisk ferskvand kan skabe store problemer for drikkevandsforsyningen, byinfrastruktur og naturlige økosystemer. For eksempel, når Flint, Michigan, skiftede sin primære vandkilde til Flint River i 2014, flodens høje saltbelastning kombineret med kemiske behandlinger for at gøre vandet mere ætsende, forårsager bly til udvaskning fra vandrør og skaber byens veldokumenterede vandkrise.

En ny undersøgelse ledet af forskere fra University of Maryland er den første til at vurdere langsigtede ændringer i ferskvands saltholdighed og pH på kontinental skala. Tegnet fra data registreret på 232 U.S. Geological Survey overvågningssteder over hele landet i løbet af de sidste 50 år, analysen viser signifikante stigninger i både salinisering og alkalinisering. Undersøgelsesresultaterne tyder også på en tæt forbindelse mellem de to ejendomme, med forskellige saltforbindelser, der kombinerer for at gøre mere skade end ethvert salt alene.

Analysen, som har konsekvenser for ferskvandshåndtering og saltreguleringsstrategier i USA, Canada og videre, blev offentliggjort den 8. januar, 2018 tidlig udgave af Proceedings of the National Academy of Sciences . Forskere ved Cary Institute of Ecosystem Studies, University of Connecticut, University of Virginia og Chatham University var medforfatter af undersøgelsen.

"Vi skabte navnet 'Freshwater Salinization Syndrome', fordi vi indså, at det er en række effekter på vandkvaliteten, med mange forskellige saltioner koblet sammen. Det vidste vi ikke før " sagde Sujay Kaushal, professor i geologi ved UMD og hovedforfatter af undersøgelsen. "Mange antager, at når man tilfører salt i landskabet, bliver det bare skyllet væk og forsvinder. Men salt ophobes i jord og grundvand og tager årtier at blive skyllet ud."

Forskerne dokumenterede skarpe kemiske ændringer i mange af landets store floder, inklusive Mississippi, Hudson, Potomac, Neuse, Canadian og Chattahoochee Rivers. Mange af disse floder leverer drikkevand til nærliggende byer og byer, herunder nogle af de tættest befolkede bycentre langs den østlige kyst.

Ifølge Kaushal, mest ferskvandssaliniseringsforskning har fokuseret på natriumchlorid, bedre kendt som bordsalt, som også er det dominerende kemikalie i vejtømidler. Men med hensyn til kemi, salt har en meget bredere definition, omfatter enhver kombination af positivt og negativt ladede ioner, der dissocierer i vand. Nogle af de mest almindelige positive ioner, der findes i salte - inklusive natrium, kalk, magnesium og kalium - kan have skadelige virkninger på ferskvand ved højere koncentrationer.

"Disse 'cocktails' af salte kan være mere giftige end bare ét salt, da nogle ioner kan fortrænge og frigive andre ioner fra jord og sten, forværrer problemet, " sagde Kaushal, som også har en ansættelse i UMD's Earth System Science Interdisciplinary Center. "Økotoksikologer er lige nu begyndt at forstå dette."

Den nuværende undersøgelse er den første, der samtidig tager højde for flere saltioner i ferskvand i hele USA og det sydlige Canada. Resultaterne tyder på, at saltioner, skadelige i sig selv, driver også ferskvandets pH op, gør det mere basisk. I løbet af den periode, undersøgelsen dækker, forskerne konkluderede, at 37 procent af dræningsområdet i det sammenhængende USA oplevede en betydelig stigning i saltindholdet. Alkalisering, som er påvirket af en række forskellige faktorer udover saltholdighed, steget med 90 pct.

"Vores undersøgelse er den første, der dokumenterer en sammenhæng mellem øget salinisering og alkalinisering på kontinental skala. Indtil nu vi satte ikke helt pris på den rolle, som forskellige salte spiller i at ændre pH i vandløb og floder i vores land, " sagde studie medforfatter Gene Likens, præsident emeritus for Cary Institute of Ecosystem Studies og en fremtrædende forskningsprofessor ved University of Connecticut. "Saltindhold og pH er grundlæggende aspekter af vandkemi, så det er store ændringer i ferskvands egenskaber."

De grundlæggende årsager til øget salt i vandveje varierer fra region til region, sagde Kaushal. I det sneklædte Midt-Atlanterhavet og New England, vejsalt anvendt til at vedligeholde veje om vinteren er en primær synder. I det stærkt landbrugsmæssige Midtvesten, gødning - især dem med højt kaliumindhold - yder også store bidrag. I andre regioner, mineaffald og forvitring af beton, sten og jord frigiver salte i tilstødende vandveje.

"Vi fandt ud af, at pH-værdien i nogle floder begyndte at stige i 1950'erne og 60'erne - årtier før implementeringen af ​​reglerne for sur regn, " sagde Michael Pace, en professor i miljøvidenskab ved University of Virginia og medforfatter til undersøgelsen. "Vi observerede også øgede saltkoncentrationer i sydøst, hvor de ikke anvender vejsalt. Disse overraskende tendenser præsenterede et puslespil, som vores team arbejdede sammen om at løse."

I den vandsultede ørken sydvest, hvor saltkoncentrationerne historisk har været meget høje, Kaushal og hans kolleger dokumenterede et samlet fald i saltholdighed over tid. Forskerne tilskriver dette fald til en række faktorer, herunder ændringer i brug af jord og vand, kombineret med en indsats fra vestlige statslige og lokale myndigheders side for at reducere salttilførsler og forbedre vandressourceforvaltningsstrategier. For eksempel, i 1973, de syv vestlige stater, der er inkluderet i Colorado River Basin, oprettede Colorado River Basin Salinity Control Forum for at støtte indsatsen for saltholdighedskontrol.

Kaushal bemærkede, at der allerede eksisterer mange strategier til håndtering af saltforurening. Beviser tyder på, at saltlage kan være mere effektive end granuleret salt til afisning af veje, giver den samme effekt med mindre samlet salttilførsel. Forsaltning før en større snebegivenhed kan også forbedre resultaterne. Kaushal sagde også, at mange midtatlantiske og nordøstlige byer og stater har forældet og ineffektivt saltspredningsudstyr, som for længst er påkrævet til en opgradering.

"Også, ikke alle salte er skabt lige med hensyn til deres evne til at smelte is ved bestemte temperaturer, Kaushal tilføjede. "Valg af de rigtige saltforbindelser til de rigtige forhold kan hjælpe med at smelte sne og is mere effektivt med mindre salttilførsel, hvilket ville gå langt hen imod at løse problemet."

Kaushal og hans kolleger bemærker lignende problemer med anvendelsen af ​​gødning i landbrugsmiljøer. I mange tilfælde, påføring af den rigtige mængde gødning på det rigtige tidspunkt af sæsonen kan hjælpe med at reducere den samlede produktion af salte i nærliggende vandløb og floder. Forskerne bemærker også, at mere omhyggelige byudviklingsstrategier - primært at bygge længere fra vandveje og designe mere effektive regnvandsdrænsystemer - kan hjælpe med at reducere mængden af ​​salt, der vaskes væk fra forvitret beton.

"Som samfund vi behandler vandkvalitetsproblemerne i spildevand, spildevand og næringsstofbelastning, sagde Tom Torgersen, direktør for National Science Foundation's Water Sustainability and Climate-program, som finansierede forskningen. "Men vores indvirkning på vandkvaliteten er fortsat betydelig som følge af vores stigende befolkning, størrelsen af ​​vores byggede infrastruktur og andre faktorer. Håndtering af påvirkninger af vandkvaliteten er fortsat en udfordring."

Forskerne bemærker også behovet for at overvåge og udskifte aldrende vandrør i hele landet, der er blevet påvirket af korrosion og afskalning, eller opbygning af mineralforekomster og mikrobielle film. Sådanne rør er særligt sårbare over for saltere, mere basisk vand, som kan forværre frigivelsen af ​​giftige metaller og andre forurenende stoffer.

"De tendenser, vi ser i dataene, tyder alle på, at vi er nødt til at overveje spørgsmålet om saltforurening og begynde at tage det alvorligt, " sagde Kaushal. "Environmental Protection Agency regulerer ikke salte som primære forurenende stoffer i drikkevand på føderalt niveau, og der er inkonsekvens i at håndtere saltforurening på lokalt plan. Disse faktorer er noget, samfund skal tage fat på for at levere rent vand nu og til fremtidige generationer."

Forskningspapiret, "Ferskvandssaltineringssyndromet på kontinental skala, "Sujay Kaushal, Gene ligner, Michael Pace, Ryan Utz, Shahan Haq, Julia Gorman og Melissa Grese, blev offentliggjort den 8. januar, 2018 tidlig udgave af Proceedings of the National Academy of Sciences .