Forurenet grundvand har sandsynligvis forurenet koralrev i det sydlige Stillehav

Grundvand indeholdende overskydende nitrogen fra landbrugsgødning forurenede sandsynligvis koralrev på Cookøerne i anden halvdel af det 20. århundrede, fortsætter i årevis efter, at gødningsbrugen er stoppet, ifølge en ny undersøgelse. Fundet tyder på, at menneskelige aktiviteter har langvarige virkninger på koralrevsamfund og kan bidrage til deres tilbagegang.

Koralrev er nogle af de mest forskelligartede og værdifulde økosystemer på Jorden, understøtter flere arter pr. arealenhed end noget andet havmiljø, ifølge NOAA. Rev buffer tilstødende kystlinjer fra bølger og forhindrer erosion. Omkring en halv milliard mennesker i verden lever inden for 100 kilometer (62 miles) fra koralrev og nyder godt af dem. Rev kan levere varer og tjenester til en værdi af 375 milliarder dollars hvert år og bruges til at udvikle medicin mod gigt, bakterielle infektioner og vira.

Koraller på Stillehavsøerne har været i tilbagegang i løbet af de sidste årtier på grund af udbrud af rovsøstjerner, cykloner og El Niño-blegning, ifølge undersøgelser fra 2013 fra Khaled bin Sultan Living Oceans Foundation. I det sydlige Stillehav, koralrevene er faldet med omkring 25 procent i de sidste to årtier.

I mange Stillehavsø-nationer, hurtig turistvækst og landbrugsudvikling siden 1960'erne førte til bekymring over forurening af kystnære grundvandsmagasiner med menneskeskabte næringsstoffer. Forskere har mistanke om, at grundvand, der er forurenet med overskydende næringsstoffer fra gødning, har bidraget til tilbagegangen af ​​koralrev i det sydlige Stillehav i løbet af de sidste årtier, men har ikke været i stand til nøjagtigt at måle tidligere mønstre i grundvandets kvælstofudledning.

"Fremadrettet, vores undersøgelse viser, at grundvandsforurening i dag er et problem, der vil strække sig langt ud i fremtiden, sagde Dirk Erler, en forsker ved Southern Cross University's Center for Coastal Biogeochemistry i Lismore, Australien, og hovedforfatter af den nye undersøgelse i Geofysiske forskningsbreve , et tidsskrift fra American Geophysical Union.

Rev i Rarotonga

Erler og hans team undersøgte nedgangen af ​​koralrev på Cookøerne, som ligger nordøst for New Zealand i det sydlige Stillehav, mellem Fransk Polynesien og Amerikansk Samoa. Det selvstyrende land består af 15 større øer fordelt på 2,2 millioner kvadratkilometer (849, 425 kvadratkilometer).

I mange Stillehavsø-nationer, inklusive Cookøerne, turisme og landbrug tog fart i 1960'erne. Som resultat, overskydende gødningsnæringsstoffer som nitrogen trængte ind i Cookøernes kystlagre i mange år.

Kvælstof er et essentielt næringsstof i vand, der fremmer stærk plante- og dyrevækst. Imidlertid, i overflod, kvælstof kan flytte økosystemet til at blive domineret af alger. Overskydende alger kan absorbere for meget ilt, efterlader et område i havet med forarmet iltniveau. Det udtømte område er hypoksisk, hvilket betyder, at der ikke er nok ilt til at understøtte livet, inklusive fisk og koraller, ifølge NOAA.

"Det handler primært om konkurrence med alger, " sagde Erler. "Disse gødninger har samme effekt på havplanter som landplanter, så i virkeligheden fremmer du bare algespredning."

Koralrev dækker mindre end 0,5 procent af jordens overflade, men understøtter 25 procent af alle marine arter. Hvis revene skulle falde, mere end 1 million plante- og dyrearter forbundet med dem kan også falde, ifølge U.S. Geological Survey.

Sporing af tidligere næringsstoffer

Erler og hans team mistænkte dybt grundvand på Cookøerne stadig indeholdt nitrogen fra mere end 40 år siden, men tidligere næringsstofkoncentrationer er svære at måle, han sagde.

I den nye undersøgelse, forskerne analyserede nitrogen-fingeraftryk, der er bevaret i koralleskeletter med lang levetid nær Rarotonga, den største af Cookøerne. Nitrogen i koraller indeholder en signatur, der kan bruges til at spore det tilbage til kilden. Holdet indsamlede koralkerner fra kolonier på to randområder ved rev omkring Rarotonga. Kernerne blev delt i 7 millimeter (0,3 tommer) tykke plader og røntgenstrålet for at bestemme alder og vækstkarakteristika. Koralskeletterne dateres tilbage til 1880 og indeholdt velbevaret nitrogen inden for deres skeletarkitektur.

Ved at bruge nitrogen-fingeraftryk fanget i koralskeletterne, forskere fandt kvælstofudledning i grundvand steget mellem 1960 og 2000, en periode med kraftig brug af gødning i Rarotonga. Originale dokumenter fra Cook Islands Department of Agriculture rapporterer op til 10,7 tons urea - en 46 procent nitrogen gødning - og 35 tons nitrogen blev brugt i Rarotonga i 1986, i slutningen af ​​landbrugsboomet. I højden af ​​bommen, forskere vurderer, at udbringningsmængden af ​​nitrogenholdig gødning er meget højere. Forskere formoder, at nitrogen fortsatte med at udvaske ind i koralrevene omkring Cookøerne indtil 2000, op til 15 år efter, at gødningsbruget stoppede.

Disse oplysninger gjorde det muligt for forskerne at bestemme datointervallet, hvor korallerne blev forurenet. De fandt, at grundvandet var forurenet med overskydende nitrogen fra 1963 til 1986, som begyndte at sive ind i omgivende koraller i 1980 indtil 2000. Forskergruppen udpegede grundvand som synderen efter at have udelukket andre kilder, Sagde Erler.

Tilslutning af kvælstof til landbruget

For at finde ud af, hvor det overskydende nitrogen kom fra, forskerne sammenlignede koralnitrogendataene med Rarotongas historiske landbrugsdata. Erler studerede arkiveret papirkopimateriale fra øens landbrugsministerium.

"Ved brug af rapporter og andre optegnelser, vi var i stand til at samle oplysninger om landbrugets udvikling i 1960'erne og 1970'erne, sagde han. Grundlæggende, øerne var stærkt beskåret, da efterspørgslen efter tropiske produkter var høj."

Rarotongas vigtigste afgrøder var appelsiner, ananas og bananer. Efterspørgslen efter disse frugter forsvandt i 1980'erne, og kollapsede i 1986, sagde Erler.

Den nye undersøgelse fandt anvendelsen af ​​kvælstofrig gødning på landbrugsjord under højkonjunkturen i 1960'erne, 70'erne og 80'erne, førte til infiltration af næringsstoffer i lavvandede og dybe grundvandsmagasiner. Selv da højkonjunkturen aftog og kvælstofrig gødning blev trukket tilbage, kemikalierne fortsatte med at påvirke øens omgivende lagune og koralrev, ifølge Erler.

Forskerne foreslår, at nitrogen og andre næringsstoffer fortsatte med at udvaskes til de omkringliggende lagunesamfund indtil århundredeskiftet. Det betyder, at grundvandsudledningen af ​​landbrugets kvælstof varede i mindst 15 år efter højkonjunkturen sluttede i midten af ​​1980'erne.

"Vores resultater viser, at uregulerede nitrogenindgange til tropiske øer i sidste ende fører til udledning af dette nitrogen til omgivende rev, " sagde han. "Det vigtige punkt er, at udledningen kan ske over mange år efter, at forureningen er ophørt."

Denne historie er genudgivet med tilladelse fra AGU Blogs (http://blogs.agu.org), et fællesskab af blogs om jord- og rumvidenskab, vært for American Geophysical Union. Læs den originale historie her.