Amerikanske floder bliver saltere - og det er ikke kun ved at behandle veje om vinteren

USA har gjort enorme fremskridt med at reducere vandforurening, siden loven om rent vand blev vedtaget for næsten 50 år siden. Floder tager ikke længere ild, når der tændes olie på deres overflader. Og mange havne, der engang var tilsmudset med spildevand, trækker nu svømmere og sejlere.

Men når Jordens Dag nærmer sig, det er vigtigt at indse, at nye, mere komplekse udfordringer dukker op. I en undersøgelse offentliggjort tidligere på året, vi fandt ud af, at en cocktail af kemikalier fra mange menneskelige aktiviteter gør amerikanske floder saltere og mere basiske i hele landet. Overraskende, vejsalt om vinteren er ikke den eneste kilde:byggeri, landbrug, og mange andre aktiviteter spiller også roller på tværs af regioner.

Disse ændringer udgør alvorlige trusler mod drikkevandstilførslerne, byinfrastruktur og naturlige økosystemer. Saltforurening er i øjeblikket ikke reguleret på føderalt niveau, og statslige og lokale kontroller er inkonsekvente.

Vores forskning viser, at når salte fra forskellige kilder blandes, de kan have større konsekvenser, end de ville have individuelt. Det viser også vigtigheden af ​​at støtte vandkvalitetsovervågning på landsplan, så vi kan opdage og adressere andre forureningsproblemer, der endnu ikke er genkendt.

Ændret vand

Vores gruppe har studeret ferskvandssaltning i over 15 år. I 2005 udgav vi et papir, der viste, at niveauerne af natriumchlorid (almindeligt bordsalt) hurtigt voksede i ferskvand i det nordøstlige USA.

Indtil den tid, forskere mente, at saltning var et alvorligt problem hovedsageligt i tørre områder, hvor vand fordamper hurtigt, efterlader salte. Men vi fandt ud af, at det påvirkede store drikkevandsforsyninger, overstiger toksiske niveauer for nogle vandorganismer og vedvarer i miljøet året rundt selv i fugtige områder.

Den vigtigste årsag, vi fandt, var spredningen af ​​asfalterede overflader, såsom veje og parkeringspladser. Fællesskaber i kolde områder bruger afisningssalte til at rydde sne fra veje om vinteren, og jo flere veje de bygger, jo mere behandling er nødvendig. Vi fandt ud af, at en stigning på 1 procent i asfalterede overflader kunne øge saltkoncentrationerne i nærliggende vandområder til niveauer mere end 10 gange højere end uberørte skovklædte forhold.

I 2013, vi offentliggjorde en anden undersøgelse, der viste, at floder blev mere alkaliske på tværs af regioner i det østlige USA. På det tidspunkt sur nedbør - dvs. for meget syre i regnvand, forårsaget af luftforurening-havde været et velkendt miljøproblem i flere årtier. Imidlertid, alkalinisering blev ikke anerkendt på samme måde, og dens virkninger er stadig dårligt forstået nu.

Alkalinisering er det modsatte af forsuring:Det opstår, når vandets pH -værdi stiger i stedet for at falde. Efterhånden som vandet bliver mere basisk, visse kemikalier opløst i det kan blive giftige. For eksempel, ammonium er et næringsstof i ferskvandsøkosystemer, men omdannes til giftig ammoniakgas i betydelige koncentrationer i farvande med høj pH. Alkaliske forhold øger også frigivelsen af ​​fosfor fra sedimenter, som kan udløse gener af blomster og alger og bakterier.

Vi fandt ud af, at en proces, vi kaldte "menneskelig accelereret forvitring", var at nedbryde sten og frigive mineraler til floder, der gjorde dem mere basiske. Processen med at forvitre sten og mineraler, der eksporteres til floder, er typisk langsom, men vi viste, at jordudvikling og årtiers eksponering for sur regn gjorde det hurtigere. Vi foreslog også, at udbredt brug af geologiske materialer i gødning og beton var en faktor.

Identificering af ferskvandssaltningssyndrom

Vores undersøgelse af menneskelig accelereret forvitring viste, at sammen med natriumchlorid, andre opløste salte steg i ferskvand i store områder i det østlige USA. Dette fik os til at spekulere på, om der kunne være en forbindelse til vores tidligere arbejde med saltning i disse regioner.

Vi begyndte at erkende, at i teorien, saltforurening og menneskelig accelereret forvitring kunne sende stigende mængder salte, der var alkaliske, til floder i hele landet, og at dette kan øge deres pH -niveauer. Vi vidste, at havvand, som er naturligt salt, har en højere pH end ferskvand, fordi det har akkumuleret høje niveauer af alkaliske salte. Efter megen analyse, vi foreslog, at lignende sammenkoblede processer kunne påvirke saltindhold og pH i ferskvand.

Mange kilder frigiver alkaliske salte til miljøet, herunder forvitring af uigennemtrængelige overflader, brug af gødning og kalk i landbruget minedrænering, vandingsafstrømning og vinterbrug af vejsalt. I første omgang, dele af disse alkaliske salte binder sig til jord. Men når de kommer i kontakt med natrium - f.eks. overskydende vejsalt - der opstår kemiske reaktioner, der frigiver de alkaliske salte, som derefter skyller ind i ferskvandsøkosystemer.

Vi kaldte denne proces for ferskvandssaltningssyndrom, fordi det havde flere virkninger på salte, alkalinitet og pH, som er grundlæggende kemiske egenskaber ved vand.

Forskellige årsager efter område

At finde ud af denne proces var et teamprojekt, der krævede viden om limnologi (undersøgelse af indre farvande), geokemi og geografi. Årsagerne varierer fra et sted til et andet, men resultaterne kan være ens.

For eksempel, floder bliver mere saltvand og basiske i dele af North Carolina, Florida, Virginia og andre stater, der bruger lidt eller intet vejsalt. Dette skyldes sandsynligvis menneskelig accelereret forvitring på steder underlagt af kalksten (som opløses, når det kommer i kontakt med surt regnvand) og i urbaniserede områder med masser af betoninfrastruktur, samt saltforurening i byerne fra spildevand, vandblødgørere eller gødning.

Vores forskning blev støttet af U.S.National Science Foundation og trak på enorme mængder overvågningsdata fra økosystemer i hele USA, der hovedsageligt blev indsamlet af U.S. Geological Survey. Vi analyserede langsigtede tendenser inden for flodernes kemi over fem årtier og sammenlignede disse tendenser på tværs af forskellige større flodsystemer og -regioner.

Vi analyserede også tendenser i store flodmundinger, såsom Hudson -floden og Chesapeake -bugten, at undersøge, om stadig mere basiske tilførsler fra floder potentielt kan påvirke kemien i kystvande. Vores resultater viser, at ændringer i salte kan ændre koncentrationer af forurenende stoffer, såsom overskydende fosfor og næringsstoffer, der er bundet i sedimenter på disse steder.

Håndtering af saltforurening

Ferskvandssaltningssyndrom påvirker drikkevandstilførslerne i mange dele af USA. I nogle tilfælde ændrer det smagen af ​​vand eller truer sundheden for mennesker med hypertension.

Der er stigende bekymring for, at salte i ferskvand kan tære vandrør og frigive giftige metaller som bly i drikkevand. De kan også udløse reaktioner, der mobiliserer andre forurenende stoffer og forurenende stoffer fra jordbund til floder.

Som andre forskere har vist, blandinger af salte kan være mere giftige for vandlevende organismer end kun et salt alene. Miljøstyrelsen regulerer i øjeblikket ikke salte som primære forurenende stoffer i drikkevand, og statlig og lokal regulering af saltudslip over brede områder fra aktiviteter såsom vejbehandling er sparsomme og inkonsekvente.

Vi mener, at der er et alvorligt behov for føderale regler og regionale planer for at reducere saltforurening i ferskvand. En strategi ville være at reducere brugen af ​​vejsalte ved at kalibrere applikation og justere påføringshastigheder baseret på temperatur. Ud over, ikke alle salte er skabt ens:Det kan være mere effektivt at bruge visse salte som deicere ved lavere temperaturer. Endelig, organiske afisningsløsninger bruger mindre salt end konventionelle versioner.

Nye former for vandforurening dukker konstant op, og det er vigtigt at identificere, hvordan forskellige menneskelige aktiviteter fremskynder geologiske processer i naturen. Ferskvand tegner sig kun for omkring 3 procent af Jordens samlede vandforsyning (resten er i havene), og der vil altid være et behov for bedre forståelse og forvaltning af denne dyrebare ressource.

Denne artikel blev oprindeligt offentliggjort på The Conversation. Læs den originale artikel.