Forskere forsøger at forstå, hvordan Mobile Bay håndterer overskydende næringsstoffer

Næringsstoffer. Bare ordet lyder godt. Sund. Vi vil have mad fyldt med næringsstoffer. Alt hvad et voksende barn har brug for. Junkfood har ikke næringsstoffer, vi tror. Næringsrig mad holder os sunde.

Mere end blot vores krop trives med næringsstoffer. Ved sit grundlag, verdens økosystem er baseret på forbruget af næringsstoffer, der begynder med bittesmå plante- og dyreliv i vandet. Uden næringsstoffer, livet trives ikke.

overskydende næringsstoffer, det omvendte, kan være lige så skadelig. Med øget befolkning langs verdens kyster og industrialisering af flere økonomier, overskydende næringsstoffer er et globalt problem.

Mobile Bay i Alabama er ikke anderledes.

"Produktiviteten af ​​Mobile Bay afhænger af næringsstoffer, der kommer ind i systemet, men for mange næringsstoffer vender det til det punkt, hvor det ikke længere er produktivt, " sagde Dr. Behzad Mortazavi, en havforsker ved University of Alabama, der arbejder fra Dauphin Island Sea Lab nær Mobile. "For mange næringsstoffer er årsagen til en masse problemer i vores kystnære farvande."

Mortazavi er en af ​​flere forskere fra universitetet, der studerer næringsstoffer i og omkring Mobile Bay, forsøger at øge forståelsen, et nødvendigt skridt til at øge bevidstheden og forbedre løsninger på overskydende næringsstoffer.

"Det brede billede handler om at opretholde vandressourcer i Alabama, " sagde Dr. Natasha Dimova, en miljøgeokemiker ved UA.

Mobile Bay er den fjerdestørste flodmunding i USA med 413 kvadratkilometer, fodret af landets næststørste delta, Mobile-Tensaw River Delta. Vand strømmer ud af bugten ved 62, 000 kubikfod vand i sekundet. Omgivet af floder og den Mexicanske Golf, det er en kritisk ressource for job, rekreation og varer til Alabama og nationen.

"Rekreation og skaldyrsindustrien er skatte, ressourcer fra bugten, som giver økonomisk udvikling langs bugten, " sagde Mortazavi.

Nitrogen og fosfor er nødvendige næringsstoffer i et sundt vandsystem, men for meget forårsager en tilvækst af alger, eller små marine planter. Nogle alger producerer toksiner og er kendt som skadelige alger, og når de blomstrer, det kan være skadeligt for fisk og andet havliv. Fiskedrab er ofte forbundet med opblomstring af skadelige alger. Disse opblomstringer kan have alvorlige økonomiske konsekvenser for skaldyrsindustrien og turismen.

Mens floder bringer pigge af næringsstoffer fra menneskers og dyrs affald, sammen med landbrug og industriel afstrømning, ind i bugten, når kraftig regn fører dem nedstrøms, der er også skadelig algeopblomstring i den tørre sæson. Hvorfor? Grundvand, ifølge Dimova.

Så stort som systemet er, det er svært at forestille sig grundvandet som en væsentlig aktør i bugtens økologi, men, kort fortalt, det er. Regnskab for en dryp vand, 2,5 procent, i bugten sammenlignet med vand fra Mobile River, grundvandet slår over sin vægtklasse i den tørre sæson, leverer halvdelen af ​​nitrogenet fra ammonium til bugten, ifølge undersøgelser foretaget af Dimova.

"Selvom alle antager, at floden er den største aktør med hensyn til næringsstofstrømme, vi fandt for ganske nyligt ud af, at grundvand spiller en vigtig rolle på bestemte tidspunkter af året, og kan derfor ikke ignoreres, " sagde Dimova.

Sund fornuft afslører dette, også. Da grundvand er længere tid om at nå havet end en flod, grundvandet har tid til at akkumulere flere kemikalier, næringsstoffer og tungmetaller.

Dimovas arbejde med at studere undersøisk grundvandsudledning omkring Mobile Bay og Delta peger på muligheden for, at noget andet kan øge grundvandets styrke, lige før det siver ud i bugten – kystsedimenter. Det er første gang, Dimovas gruppe betragtede sedimenterne som en kilde til forurenende stoffer.

"Det, vi prøver straks ved udledningspunktet i bugten, har en meget anderledes sammensætning end det, der er på land, " sagde hun. "Alle data falder i dette hjørne. Det fortæller os, at kvaliteten af ​​det grundvand, der kommer ud, i høj grad bestemmes af, hvad der sker i kystsedimenterne lige før udledningen."

Når man sorterer grundvandets indflydelse på bugtens sundhed og indflydelse på skadelige algeopblomstringer, Dimova vil vide, hvad der er i sedimentet. Under overfladen, sedimentet kan fortælle bugtens historie, kaste lys over, når der har været skadelig algeopblomstring.

Sammen med de næringsstoffer, der påvirker bugten i dag og potentielt påvirker den i fremtiden, sedimentet fortæller en indviklet historie om havniveau og miljøændringer i bugten. Det er her Dr. Rebecca Totten Minzoni, en UA assisterende professor i geologiske videnskaber, kommer ind.

Sedimentkerner giver en længere tidslinje for at hjælpe med at forstå, hvordan og hvornår øgede bidrag af næringsstoffer opstod. Totten Minzoni kan rekonstruere langsigtede klimatiske og miljømæssige ændringer siden Mobile Bay dannede omkring 8, 200 år siden.

"Med de kerner, vi indsamler i Mobile Bay, vi kan træde tilbage i tiden med hvert lag for at fortælle os om, hvordan miljøer ændrede sig og, ultimativt, producerer en langsigtet hyppighed af de skadelige algeopblomstringer over tid, " sagde Totten Minzoni.

Mens næringsstoffer i sig selv ikke bevarer godt i sedimentregistret, silica vægge af mikroskopiske, encellede organismer kaldet kiselalger, en stor del af den skadelige algeopblomstring, er efterladt, bevaret i millioner af år.

Disse mikroskopiske fossiler i sedimentet markerer forekomster af tidligere algeblomster i Mobile Bay. Deres tilstedeværelse i en kerne, naturligvis sediment hentet fra floder, kan hjælpe med at bestemme, om de gamle opblomstringer blev udløst af næringsstoffer fra floder eller fra andre kilder såsom grundvand.

Det kan vise, om de blomster og jubilæer, der er set siden europæisk bosættelse, og den efterfølgende industrialisering, er normale sammenlignet med den forudindspillede historie.

"Når vi først forstår betydningen af ​​menneskelig påvirkning - specifikt om der er betydelig menneskelig påvirkning - så kan vi hjælpe med at styre restaureringsindsatsen og enhver form for politikker og bedste praksis, vi bør anvende på vand eller landbrug i vores stat, for eksempel, "Totten Minzoni sagde." I sidste ende, vi har brug for en basislinje for, hvad der var normalt før arealanvendelsen ændrede sig, så vi virkelig kan vurdere menneskelige miljøpåvirkninger, og hvordan vi kan afbøde dem."

Sedimenter kan også fortælle os om bugten, når deres indhold begynder at udvaskes ind i den. Det er håbet om et samarbejde mellem Dr. Sagy Cohen, i geografi, og Dimova. Målet er at bruge satellitbilleder til at måle, hvor næringsstoffer og tungmetaller er i bugten.

"Vi kan se sedimenter, men vi kan ikke se selve tungmetallerne eller næringsstofferne, " sagde Cohen. "Hvis vi kender den gennemsnitlige koncentration af tungmetaller eller næringsstoffer knyttet til sedimentet, så vil vi have en god fornemmelse af koncentrationen, og hvor den bevæger sig«.

Cohens og Dimovas laboratorier kalibrerer vandprøver og turbiditetsmålinger, eller vandets uklarhed med partikler, med billeddannelse fra satellitter. Når data taget i hånden og instrumenter i bugten matcher billeddannelsen, Cohen håber kun at bruge billeddannelsen til at forstå strømmen af ​​næringsstoffer og tungmetaller rundt i bugten.

"Det vil ikke kun give os et næsten realtidsestimat af sediment og næringsstoffer og tungmetalkoncentrationer i bugten, men kan også give os en ret lang rekord i fortiden, fordi der er et godt arkiv af satellitbilleder, der går tilbage til 1970'erne, " han sagde.

Når tungmetaller og næringsstoffer kommer nedstrøms fra Mobile River Basin, de sætter sig i sedimentet. Den Mexicanske Golf stiger med en hastighed, der ikke er set siden den periode, hvor bugten blev dannet, og, når havniveauet stiger, det ændrer interaktionen med sedimentet, Sagde Cohen. Saltere vand reagerer anderledes kemisk end ferskvand.

"Vi er nødt til at få en bedre fornemmelse af, hvor hurtigt tingene bevæger sig, lidt indsigt i hvordan mekanismen virker, " sagde Cohen. "Et sundt økologisk system kan kun tolerere så meget specifikke næringsstoffer og forurenende stoffer.

"Det har vi brug for for et sundt vandmiljø både i floderne og ved kysterne, " fortsatte han. "Det er meget let at forurene vandkilden, men det er ikke så nemt at rense det og genetablere et sundt økosystem."

For Mortazavi, der arbejder på Dauphin Island, opretholdelse af bugtens sundhed kræver moser. Udover at fjerne næringsstoffer, moser stabiliserer kystlinjen, bufferbølger, og tjene som levesteder for dyrelivet. Imidlertid, de forsvinder langs verdens kyster, og Mobile Bay har ikke været anderledes, han sagde.

Omkring halvdelen af ​​moserne langs Mobile Bay er forsvundet i de sidste 200 år. En række faktorer - lige fra dæmninger langs floder, der holder sediment tilbage, der bygger marskene, til havniveaustigning, der drukner dem - bidrager til dette.

"Marsk har denne fantastiske evne til permanent at fjerne nitrogen, " sagde Mortazavi. "Hvis moserne forsvinder, der er potentiale for, at overskydende næringsstoffer kommer ind i bugten."

I et nyligt værk, Mortazavi og hans kolleger dokumenterede, hvor effektivt moser fjerner nitrogen. De vurderer, at en mose på størrelse med en fodboldbane kan fjerne så meget som 12 pund nitrogen årligt, og vigtigere, når en marsk eroderer, denne kapacitet falder med en faktor fire.

At forstå mere om den kritiske rolle, moser spiller, kan hjælpe med at guide restaureringsindsatsen, han sagde.

"Marsk er ikke den magiske løsning på alle vores vandkvalitetsproblemer, men de har en ret vigtig rolle at spille, " sagde Mortazavi. "Forståelse af den rolle giver beslutningstagere en begrundelse for, hvorfor de ønsker at gøre noget med marsken."