Menneskeligt spildevand, der fodrer skadelige alger, blomstrer ud for den sydlige Californias kyst

Ved første øjekast, det glitrende vand på den sydlige Californiens kyst ser sundt ud. Men et dybere dyk ned i vandets kemiske sammensætning afslører høje niveauer af alger og lave niveauer af ilt.

De anslåede 23 millioner mennesker, der bor langs kysten fra Tijuana, Mexico, til Santa Barbara, Californien, producerer tonsvis af spildevand hver dag. Dette spildevand behandles af vandbehandlingsanlæg for at fjerne nogle af de potentielt skadelige kemikalier og udledes derefter dybt under havets overflade.

Men selv efter at det er behandlet, spildevandet indeholder stadig nitrogen. Og eksperter havde antaget, at fordi spildevandet sprøjtes så dybt ind under overfladen - cirka 50 meter, eller 164 fod - da den nåede vandoverfladen, det resterende nitrogen ville blive fortyndet nok til ikke at forårsage alvorlige negative konsekvenser.

Men i en ny undersøgelse, UCLA -forskere fandt ud af, at nitrogen i renset spildevand driver en massiv vækst af oceaniske alger og tab af ilt, hvilket sandsynligvis vil have varige effekter på regionens økosystem. Fra 1997 til 2000, for eksempel, væksten af ​​mikroskopiske marine alger kaldet fytoplankton var 79 % højere, end den ville have været uden nitrogen fra menneskeligt spildevand i farvandet langs kysten fra Baja California-halvøen til Santa Barbara.

Problemet opstår for en stor del, fordi ferskvand fra spildevand er mindre tæt end det havvand, det sprøjtes ind i, som får spildevandet til at stige til overfladen, hvor planteplankton lever. Fænomenet forstærkes af kraftig opstrømning langs kysten – en proces, hvor kulde, næringsrig vand stiger til overfladen for at erstatte vand, der skubbes væk af vinden. Planteplankton bruger nitrogen til at vokse, og det overskydende kvælstof fra spildevandet får planteplankton til at vokse med en meget højere hastighed end den naturlige - en proces kaldet eutrofiering.

Når fytoplankton nedbrydes, de forbruger ilt fra vandet, efterlader pletter af havet med lavt ilt, hvor det er svært for havdyr at overleve. Fænomenet er for det meste blevet observeret på grund af afstrømning fra landbrugsmiljøer, men UCLA -undersøgelsen er en af ​​de første til at påvise, at problemet kan opstå på grund af affaldet fra mennesker, der bor i byer.

"Tanken om, at en storby ved en kyst udsat for stærke strømme kunne opleve eutrofiering er meget ny, " sagde James McWilliams, undersøgelsens hovedforfatter, UCLAs Louis B. Slichter professor i geofysik og planetarisk fysik og medlem af UCLA Institute of the Environment and Sustainability.

Flere agenturer indsamler kemiske prøver af det sydlige Californiens kystvand på sæsonbasis, gør det til blandt de bedst overvågede kyst-økosystemer i verden. Så forskere vidste, at havets kemi ændrede sig - og forandringen skyldtes en kombination af menneskeligt spildevand, kuldioxidemissioner, og den opstigning, der opstår hvert forår og sommer, næring af planteplanktonblomstringen.

Men forskere havde ikke været i stand til at fortælle, hvilke andele af ændringerne der var forårsaget af hver af disse faktorer.

I den nye undersøgelse, McWilliams og hans team fjerner virkningen af ​​hver af de forskellige effekter, fandt ud af, at 97 % af det kvælstof, der tilføres havet fra menneskelige kilder, kommer fra spildevand. Forskerne skabte en computermodel til at rekonstruere mængderne af lokale næringsstoffer fra floder, spildevand og nedbør, der går i havet, og redegøre for, hvordan komplekse oceaniske og atmosfæriske processer påvirker, hvordan disse næringsstoffer påvirker vandets kemi.

For at bekræfte modellens nøjagtighed, forskerne kontrollerede deres resultater mod feltobservationer og satellitmålinger fra samme tidsperiode.

Forskerne kørte modellen under to scenarier - et der antog naturlige forhold uden tilsat nitrogen og et der inkluderede nitrogen fra spildevand, floder og atmosfæren. Da de to simuleringer blev sammenlignet, forskerne fandt, at der ville være halvdelen af ​​mængden af ​​fytoplankton, hvis menneskelig forurening blev fjernet.

Fayçal Kessouri, en UCLA postdoc forsker, ledede undersøgelsen; andre forfattere er fra University of Washington, National Oceanic and Atmospheric Administration og Southern California Coastal Water Research Project.

Undersøgelsen kunne inspirere til anbefalinger til forbedring af nitrogenbehandling i menneskelig affaldshåndtering. Imidlertid, ifølge Daniele Bianchi, en UCLA-assisterende professor i atmosfæriske og oceaniske videnskaber og medforfatter af undersøgelsen, en hindring for at forbedre den nuværende praksis er, at de nuværende spildevandsbehandlinger for at fjerne kvælstof fra spildevand er meget dyre. Han sagde, at forbedring af spildevandsgenbrugssystemer eller brug af tang til at fjerne kemikalier kunne være billigere muligheder.

Mere forskning er i øjeblikket i gang for at forstå, hvordan eutrofiering påvirker det sydlige Californiens marine liv.

Undersøgelsen er offentliggjort i tidsskriftet Procedurer fra National Academy of Sciences .