Saltere vandveje skaber farlige kemiske cocktails

En nylig undersøgelse ledet af forskere fra University of Maryland fandt, at vandløb og floder på tværs af USA er blevet saltere og mere basiske i løbet af de sidste 50 år, takket være vejtømidler, gødning og andre salte forbindelser, som mennesker indirekte afgiver i vandvejene. Holdet kaldte denne effekt "Freshwater Salinization Syndrome."

Ny forskning fra samme UMD-ledede gruppe ser nærmere på den globale, regionale og lokale konsekvenser af Freshwater Salinization Syndrome. Gruppen fandt, at salt, alkalisk ferskvand kan frigive en række kemikalier, herunder giftige metaller og skadelige nitrogenholdige forbindelser, fra vandløb og jord i drænbassiner. Resultaterne tyder endvidere på, at mange af disse kemikalier rejser sammen gennem vandskel, danner "kemiske cocktails", der kan have mere ødelæggende virkninger på drikkevandsforsyninger og økosystemer sammenlignet med individuelle forurenende stoffer alene.

Gruppens seneste arbejde, som inkluderer feltobservationer fra Washington, D.C. og Baltimore storbyområder, fremhæver behovet for nye og mere omfattende regulerings- og forureningshåndteringsstrategier. Forskerholdet offentliggjorde sine resultater 3. december, 2018 i bladet Philosophical Transactions of the Royal Society B .

"Bundlinjen af ​​vores resultater er, at når mennesker tilføjer salt til vandveje, at salt også frigiver en masse farlige bikemikalier, " sagde Sujay Kaushal, professor i geologi ved UMD og hovedforfatter af undersøgelsen. "Det er klart, at tilsynsmyndigheder skal finde nye måder at håndtere disse 'kemiske cocktails' udgivet af saltere vand, i stedet for at se på individuelle ferskvandsforurenende stoffer én efter én."

Saltet, alkalisk ferskvand er allerede kendt for at 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.

Kaushal og hans kollegers seneste forskningsprojekt undersøgte virkningerne af kemiske cocktails skabt af saltere vand mere detaljeret. Gruppen begyndte med at vurdere tidligere offentliggjorte data fra floder i USA, Europa, Canada, Rusland, Kina og Iran, en væsentlig udvidelse af de geografiske grænser for forskernes tidligere arbejde. Deres analyse tyder på, at Freshwater Salinization Syndrome kunne være et globalt fænomen, med den mest afgørende støtte, der viser en stabil tendens til øgede saltioner i både amerikanske og europæiske floder. Disse tendenser går mindst 50 år tilbage, med nogle data, der rækker langt nok tilbage til at understøtte en 100-årig trend.

"I betragtning af hvad vi finder, Jeg bliver fortsat overrasket over omfanget og omfanget af den seneste nedbrydning af Jordens overfladevand, " sagde studie medforfatter Gene Likens, præsident emeritus for Cary Institute of Ecosystem Studies og en fremtrædende forskningsprofessor ved University of Connecticut. "Danningen af ​​nye kemiske cocktails forårsager forringelse langt ud over mine forventninger."

I de snedækkede midtatlantiske stater og New England, vejsalt påført vejbaner om vinteren er en primær årsag til ferskvandssaltineringssyndrom. Kaushal og hans kolleger dykkede dybere ned i de kemiske konsekvenser af vejsalt ved at udføre detaljerede feltstudier i vandløb i nærheden af ​​Washington, D.C. og Baltimore.

I et sæt observationer, forskerne prøvede vand fra Paint Branch stream nær UMD campus før, under og efter en snestorm i 2017. Dette aspekt af undersøgelsen gjorde det muligt for holdet at spore virkningerne af vejsalt skyllet ind i vandløbene af den smeltende sne.

"Vi syntes, det ville være interessant at få et overblik over kemien i en byflod under en snestorm, " sagde Kelsey Wood (B.S. '15, geologi), en geologi kandidatstuderende på UMD og en medforfatter på studiet. "Saltkoncentrationerne under snestormen var overraskende høje - det var, som om vi analyserede havvand. Men vi forventede ikke en så høj tilsvarende top i metaller."

Tidligere forskning har vist, at meget salt vand kan tvinge metaller - især kobber, cadmium, mangan og zink - ud af vandløbsjord og ud i vandløb. I Paint Branch-strømmen, Kaushal og hans kolleger bemærkede store spidser i kobber, mangan og zink umiddelbart efter snestormen. I et lignende sæt observationer i Washington, D.C.'s Rock Creek, holdet observerede bemærkelsesværdige stigninger i cadmium, kobber og zink efter andre snestorme.

I en anden række eksperimenter, forskerne tilsatte kunstigt salt til Gwynns Falls-strømmen nær Baltimore for at simulere, hvad der sker under en snestorm og målte kobberkoncentrationer i vandet før, under og efter tilsætning af salt. Nedstrømsdataene viste en øjeblikkelig stigning i kobber frigivet fra strømlejet, tyder på en direkte sammenhæng mellem vandløbets saltindhold og kobber i vandet.

Saltionkoncentrationer kan forblive høje i flere måneder efter en storm, Kaushal tilføjede. Dette forlænger den tid, salt kan trække metaller fra jorden, resulterer i skadelige cocktails af metaller og salte, der transporteres langt nedstrøms.

"Når vi ser på data om vandkvalitet over flere måneder om vinteren, salt forbliver højt og har sjældent en chance for at vende tilbage til baseline, før den næste storm kommer igennem og mere salt bliver lagt på vejene, " sagde Kaushal, som også har en ansættelse i UMD's Earth System Science Interdisciplinary Center. "Denne høje saltbelastning frigiver ikke kun metaller og andre forurenende stoffer, men der er også bevis for, at den indledende saltpuls frigiver andre saltioner fra vandløbet og jordbunden, såsom magnesium og kalium, som yderligere bidrager til at holde det samlede saltniveau højt."

I det stærkt landbrugsmæssige Midtvesten og områder i de midtatlantiske stater, landbrugsgødning er en væsentlig årsag til Freshwater Salinization Syndrome. For at undersøge nærmere, forskerholdet så på vandkvalitetsdata fra 26 forskellige U.S. Geological Survey (USGS) overvågningssteder langs floder i disse områder.

Disse USGS-stationer indsamlede data hvert 15. minut om saltholdighed, pH og nitrationer - et skadeligt biprodukt af landbrugsgødning og andre forurenende stoffer. Disse højfrekvente målinger gav forskerholdet værdifuld realtidsindsigt, hvor flere af floderne viser en klar og næsten umiddelbar sammenhæng mellem øget saltholdighed og nitratkoncentrationer.

"Til mig, denne undersøgelse fremhæver behovet for at se salt som en ny forurening i ferskvand, " sagde Shahan Haq (B.S. '14, fysiske videnskaber), en geologi kandidatstuderende på UMD og en medforfatter på studiet. "Salts evne til at flytte tungmetaller som kobber fra sedimenter til vandet kan have farlige konsekvenser for vores drikkevand og kan være giftigt for dyrelivet. Vores observationer tyder på, at nogle floder allerede er i fare, især her i det østlige USA direkte efter vejsaltapplikationer."