Forstå Long Island Sounds døde zoner

I de sidste 25 år, Environmental Protection Agency og Connecticut Department of Energy and Environmental Protection har flittigt indsamlet vandprøver hver måned i Long Island Sound (LIS). For nylig, data er blevet samlet og analyseret, af UConn lektorer i havvidenskab Penny Vlahos og Michael Whitney, og andre teammedlemmer, der er gået i gang med at grave i dataene for bedre at forstå Øresunds biogeokemi. En del af analysen, kaldet "Nitrogen Budgets for LIS, " er blevet offentliggjort i tidsskriftet Estuarine, Kyst- og hyldevidenskab .

Hver sommer siden 1820 eller deromkring, LIS har oplevet det, man kalder en "død zone". I 1970'erne og 1980'erne, den årlige fremkomst af den døde zone oplevede omfattende fiskedrab, som tiltrak offentlighedens opmærksomhed og ansporede til handling fra statslige miljøagenturer.

Døde zoner opstår, når tilstrømning af overskydende næringsstoffer såsom nitrogen, sammen med varme, stille vand, føre til vækstudbrud i algepopulationer og deres efterfølgende henfald, siger Vlahos.

"Alt i systemet hænger sammen. En tilstrømning af nitrogen vil føre til algevækst, og alger producerer organisk stof og ilt, som vil blive forbrugt af bakterier, " hun siger.

Når bakterievæksten stiger, befolkningerne bruger ilt i området hurtigere, end det kan erstattes, resulterer i områder med lavt iltindhold, eller slet ingen ilt. Disse "hypoksiske områder" eller døde zoner varierer i størrelse, men kan strække sig fra den yderste vestlige del af LIS hele vejen til den midterste del af LIS-mundingen i nogle år.

Denne undersøgelse er den første af sin art til at studere den komplekse totale nitrogencyklus i LIS-mundingen, med det mål bedre at forstå og forudsige, hvorfor nogle år er værre end andre.

Kvælstof kommer ind i vandskellet gennem ferskvandstilførsler fra vandløb, floder, og spildevandsrensningsspildevand, såvel som gennem atmosfæriske input. Atten floder løber ud i LIS, med omkring 70 % af ferskvandet, der dræner ind i flodmundingen, der kommer fra Connecticut-floden. Udveksling med det åbne hav sker primært med tidevandsstrøm gennem den østlige del af LIS.

"Imidlertid, ingen vidste, hvad der skete med nitrogen, når det først kom ind i systemet, " siger Vlahos.

Nitrogen kan antage mange former afhængigt af kilden og betingelserne - som nitrat (NO3), nitrit (NO2), ammoniak (NH4), i partikler, opløst, eller gasform - hvilket tilføjer endnu mere kompleksitet til at forstå balancen mellem elementet i LIS-systemet.

Forskerne estimerede fluxer og interårlig variabilitet baseret på månedlige målinger. De beregnede også det nitrogen, der var lagret i LIS.

Resultaterne viste, at overraskende, mindre end halvdelen af ​​det nitrogen, der kommer ind i LIS, eksporteres til det tilstødende hav.

"Tres procent af nitrogenet, der kommer ind i Long Island Sound, er enten begravet i sediment eller omdannes til nitrogengas og forlader systemet via atmosfæren, " siger Vlahos. "40 procent eksporteres til det åbne hav."

Med denne indledende undersøgelse, politiske beslutningstagere og forskere kan begynde at fokusere på andre spørgsmål, der skal løses.

"Dette hjælper os med at begynde at besvare spørgsmål om, hvad der sker i Long Island Sound. Hvor bliver nitrogen brugt mest? Hvor skal vi koncentrere vores indsats for at reducere kvælstofbelastningen?" siger Vlahos.

At forstå dette system vil vise sig værdifuldt for kystplanlægning i de kommende år, efterhånden som den menneskelige befolkning i regionen stiger, og virkningerne af klimaændringer bliver mere akutte. Ekstreme vejrbegivenheder såsom superstorme kan opsamle sediment, genindsprøjtning af nedgravet nitrogen, mens for store mængder regnvand, der kommer ind i LIS, kan føre til store episodiske tilstrømninger af kvælstof og andre næringsstoffer til systemet.

Disse komplekse systemer og processer forekommer ikke isoleret fra hinanden, siger Vlahos.

"Vandet i Long Island Sound opvarmes hurtigere end det åbne hav, og meget af det har at gøre med udvidelsen af ​​Golfstrømmen, " hun siger.

Ved at foregribe disse begivenheder og hvordan de vil påvirke regionens biogeokemi, Vlahos siger, at det første skridt er at træffe beslutninger om arealanvendelse, der kan påvirke LIS.

Tidligere undersøgelser, for eksempel, støtte ideen om, at hypoxi skete, da den menneskelige befolkning begyndte at stige i regionen, med begyndelsen af ​​døde zoner, der falder sammen med en periode med stor skovrydning. Skovene blev ryddet til landbrugsformål og med skovtab, der var også tab af økosystemtjenester, som skovene leverer, som at bremse strømmen af ​​overfladevand, og filtrering af overskydende næringsstoffer som nitrogen.

Dette gør Vlahos håbefuldt for udsigter til at tage fat på de årlige døde zoner i Long Island Sound.

"Hvis det er menneskeskabt, der er ingen grund til, at vi ikke kan vende det og bringe det tilbage til mindst et minimum, " siger hun. "Det kan være en omkostning for mennesker at være her, uanset hvad, men hvor der er vilje, der er en vej, og heldigvis bevæger vi os i den rigtige retning."