Forskere undersøger sammenhængen mellem overfladevands saltholdighed, klima forandring

Samspillet mellem overfladevands saltholdighed og klimaændringer i det centrale New York er genstand for en nylig artikel af forskere ved Syracuse Universitys College of Arts and Sciences.

Kristina Gutchess, en ph.d. kandidat i geovidenskab, er hovedforfatter til en artikel i det prestigefyldte tidsskrift Miljøvidenskab og -teknologi (ACS-publikationer). Hendes medforfattere på Syracuse inkluderer Laura Lautz, Jesse Page Heroy professor og formand for geovidenskab, og Christa Kelleher, adjunkt i geovidenskab.

En anden medforfatter er Gutchess' Ph.D. tilsynsførende, Lektor Zunli Lu.

Afrunder gruppen er Li Jin G'08, lektor i geologi ved SUNY Cortland; José L. J. Ledesma, en postdoc-forsker i akvatiske videnskaber og vurdering ved det svenske landbrugsuniversitet; og Jill Crossman, assisterende professor i jord- og miljøvidenskab ved University of Windsor (Ontario).

Papiret trækker på gruppens undersøgelse af virkningen af ​​afisningssalt fra Interstate 81 og andre omkringliggende veje og motorveje på Tioughnioga-flodens vandskelle. Gutchess siger, at deres resultater gør hende "forsigtigt optimistisk" med hensyn til vandskellets fremtidige koncentrationer af overfladevandschlorid.

"Den langsigtede anvendelse af vejsalte har ført til en stigning i flodens saltindhold, " siger Gutchess, der studerer processer, der påvirker kvaliteten af ​​overfladevand og grundvand. "Mens forskellige modeller er blevet brugt til at vurdere potentielle fremtidige virkninger af fortsat afisningspraksis, de har ikke inkorporeret forskellige klimascenarier, som forventes at påvirke hydrogeologien i det 21. århundrede."

Gutchess' team kombinerede forskellige beregningsmæssige tilgange med stringent feltarbejde og laboratorieanalyser for at simulere overfladevandschloridkoncentrationer i Tioughnioga - en stor, dyb, 34-mile biflod til Chenango-floden, flyder gennem Cortland og Broome amter.

Centralt i deres eksperiment var INCA (forkortelse for "INtegrated CAtchment"), en semi-distribueret opland-modelleringsplatform, der vurderer miljøforandringer. Gutchess kalibrerede modellen til en historisk, eller baseline, periode (1961-90), og brugte resultaterne til at lave fremskrivninger for tre 30-års intervaller:2010-39, 2040-69 og 2070-99.

Baseret på modellens fremskrivninger, saltholdigheden af ​​Tioughniogas øst- og vestgrene vil begynde at falde om 20-30 år. "En gradvis opvarmningstendens mellem 2040 og 2099 vil føre til reduktioner i snefald og tilhørende saltanvendelser, hvilket får [flodens] saltindhold til at falde. Ved 2100, koncentrationer af overfladevandsklorid bør være under 1960'ernes værdier, " siger Gutchess.

Dette er potentielt store nyheder for en del af landet, der har oplevet stigende koncentrationer af overfladevandklorid siden 1950'erne, da vejsaltning begyndte.

Salt, eller natriumchlorid, er det mest almindeligt anvendte afisningskemikalie i landet, spredes med en hastighed på mere end 10 millioner tons om året.

I staten New York, en typisk vinterbegivenhed kræver 90-450 pund salt pr. lane-mile. Køretøjstrafikken opsamler omkring 10 procent af restproduktet; resten kommer ind i tilstødende vandoplande i form af afstrømning, bringe terrestriske økosystemer og drikkevandsressourcer i fare.

Gutchess' hydrogeologiske undersøgelse er en af ​​kun få, der kombinerer langsigtet klimavariabilitet og saltholdighedsstyring. INCA-modelrammen gjorde det muligt for hendes team at vurdere strømrespons under 16 forskellige fremtidige scenarier, under hensyntagen til klimaet, arealanvendelse og snehåndtering.

"INCA blev oprindeligt udviklet til at vurdere kilder til kvælstof i oplande i en enkeltstammet hovedflod, " siger Jin. "Her, vi ændrede modellen til at inkorporere en ny flergrenet struktur, gør det muligt for os at simulere daglige estimater af in-stream koncentrationer af klorid. Vi tillod også forskelle i saltningspraksis mellem land- og byområder."

Ifølge INCA, vejsalt tegner sig for mere end 87 procent af Tioughniogas saltindhold. Nuværende afisningspraksis, kombineret med øget urbanisering, vil sandsynligvis øge dens saltholdighed, men kun for et stykke tid, blandt andet takket være det skiftende klima.

Ifølge Lu, undersøgelsen tyder på, at klimatiske påvirkninger ikke altid er negative i en bestemt region:"Det er vigtigt at forstå nuancerne af klimaændringer på forskellige tidspunkter og geografiske skalaer. I sidste ende, dette projekt vil hjælpe os med at administrere vores ressourcer mere effektivt, som vi tilpasser os fremtidige ændringer."

Med et blink og et nik, tilføjer han, "På samme tid, vi bør ikke komme med generelle udtalelser om klimaændringer. Ingen er fritaget for dens virkninger, for eller imod."

Gutchess er medlem af EMPOWER, et vandenergiuddannelsesprogram på Syracuse, der er sponsoreret af National Science Foundation og ledet af Lautz. Yderligere støtte til Gutchess' forskning kommer fra universitetets nye Campus as a Laboratory for Sustainability-program. Efter eksamen i maj, hun vil begynde postdoktoral forskning på Yale.