Varmende klima lægger flere metaller ind i Colorados bjergstrømme

Opvarmende temperaturer forårsager en støt stigning i kobber, zink og sulfat i vandet i Colorado bjergstrømme, der er påvirket af dræning af sure sten. Koncentrationen af ​​disse metaller er groft fordoblet i disse alpine vandløb i løbet af de sidste 30 år, viser en ny undersøgelse, der viser en bekymring for økosystemer, nedstrøms vandkvalitet og oprydning af minedrift.

Naturlig kemisk forvitring af grundfjeldet er kilden til den stigende surhedsgrad og metaller, men den ultimative drivkraft bag tendensen er klimaændringer, fandt rapporten.

"Tungmetaller er en reel udfordring for økosystemer," sagde hovedforfatter Andrew Manning, en geolog ved U.S.A. Geological Survey i Denver. "Nogle er ret giftige. Vi ser regionale, statistisk signifikante tendenser i kobber og zink, to nøglemetaller, der almindeligvis er et problem i Colorado. Det er ikke tvetydigt, og det er ikke lille."

Undersøgelsen blev offentliggjort i Water Resources Research .

Selvom mekanismen, der kobler opvarmningstemperaturer til øget sulfidforvitring, stadig er et åbent forskningsspørgsmål, peger de nye resultater på eksponering af sten, der engang var forseglet af is som en topmistænkt, sagde Manning. Det pludselige udseende af "rustende arktiske floder", der flyder ud af områder med optøende permafrost i de sidste par år, er sandsynligvis den samme proces, forstørret.

Colorado er fyldt med pletter af grundfjeld rig på metalsulfider. Skinnende jernsulfid, som mange coloradanere kender som idiots guld eller pyrit, er det mest almindelige af disse sulfidmineraler, men kobber, zink og andre metalsulfider er også almindelige.

Udsættelse for luft oxiderer metalsulfiderne i grundfjeldet og frigiver metallerne til grundvandet, som strømmer ud i overfladevandløb. Rustrøde aflejringer i vandløbene er karakteristiske tegn på jernsulfidoxidation. Sulfider forsurer også vandet, hvilket kan fremskynde forvitring. Nogle alpine vandløb blev fundet at have en pH så lav som 3 eller 4.

Undersøgelsen tog udgangspunkt i 40 års vandkemiske data og tog endelige prøver fra alle steder i 2021 fra 22 hovedvandstrømme i 17 vandskel, der er naturligt sure og metalrige nok til at begrænse vandplanter og -dyr. Prøveudtagningssteder var over 3.000 meters (10.000 fod) højde og omfattede en blanding af uberørte, uberørte områder og steder, der var blevet udvundet historisk, men efterladt alene i 50 til 100 år.

"Nøglepunktet er, at der ikke for nylig er blevet udført minedrift eller saneringsarbejde," sagde Manning. "Disse vandskel har bare siddet der og reageret på intet andet end klimaet."

Varmende, udtørrende bjerge

Bjergstrømme blev udtaget fra midten af ​​juli til november, og spændte over sensommeren og efterårets lavstrømsperioder. Langtidsregistreringer af strømningsvolumen fra nærliggende strømmålere viser, at strømningsstrømmene er faldet med opvarmende temperaturer og mindre snepakker, hvilket tyder på, at mindre vandmængder kan forklare de højere metalkoncentrationer.

Men Manning og hans kolleger fandt ud af, at mindre vand kun kunne stå for halvdelen af ​​den effekt, de observerede. For at nå de koncentrationer, de så, var bjergene nødt til at tilføre metaller og sulfat i vandløb i en hurtigere hastighed.

Da disse metalrige bjergstrømme flyder ned i større floder, fortyndes effekten af ​​den ekstra metalbelastning, bemærkede forskerne.

"Jeg tror ikke, at dette er et stort rødt flag for større storby- eller landbrugsbrugere langt nedstrøms i lavere højder," sagde Manning, "men nogle af vores bjergsamfund får deres vand kun et kort stykke nede fra disse mineraliserede vandløb." For at hjælpe med at mindske risikoen for vandkvaliteten kunne ledere drage fordel af avanceret viden om, hvilke metaller der kommer ind i vandløbet, og hvor og hvor hurtigt de stiger, sagde Manning.

Flere metaller og surhedsgrad i disse bjergstrømme kan også påvirke beslutninger om, hvor der skal investeres begrænsede midler til afhjælpning af dem, der er blevet ændret af historisk minedrift, og hvor der skal fiskes til gavn for turismen.

Lokal sag, globalt mønster

Colorados vandskel er et dramatisk tilfælde på grund af den usædvanlige overflod af grundfjeldsmetalsulfider, sagde Manning, men forskere observerer mere subtile stigende sulfatkoncentrationer i bjergstrømme rundt om i verden. Den nye undersøgelse er den første, der statistisk forbinder accelereret sulfidforvitring med stigende temperaturer i stor skala over en hel region.

Undersøgelsen fandt de største gevinster i metalbelastninger i de højeste, koldeste bjergstrømme. Manning sagde, at dette mønster peger på optøning af underjordisk is. Colorados højeste højder har årlige gennemsnitlige temperaturer tæt på nul grader Celsius (32 grader Fahrenheit), hvilket sætter dem lige ved grænsebetingelserne for permafrost. Nogle toppe er blevet varmet over frysetærsklen siden 1980.

"Is er som rustning. Smelt det, og du skaber vinduer, så grundvandet kan komme ind i sten, der ikke har set vand og ilt i årtusinder, og det vil begynde at oxidere ret hurtigt," sagde Manning.

Andre mulige mekanismer er faldende vandspejle, der udsætter frisk sten for luft og smeltende stengletsjere, og frigiver lommer af koncentrerede metaller, der er lagret i isen. Vådområder akkumulerer metaller og kan frigive en sprængning, når vandet vender tilbage efter tørre perioder.

Undersøgelsen fandt ikke en sammenhæng mellem hastigheder af stigende metalkoncentrationer og tilstedeværelsen af ​​vådområder, stengletsjere eller faktorer forbundet med faldende grundvandsspejl, selvom disse kunne spille en rolle i andre regioner. Men alle disse mulige mekanismer er konsekvenser af klimaændringer.

"Der er bare ingen anden logisk forklaring end dette er et skiftende klimasignal," sagde Manning. "Intet andet ville nå alle disse vandskel universelt."

Flere oplysninger: Andrew H. Manning et al., Klimadrevne stigninger i strømmetalkoncentrationer i mineraliserede vandskel i hele Colorado Rocky Mountains, USA, Vandressourceforskning (2024). DOI:10.1029/2023WR036062

Journaloplysninger: Vandressourceforskning

Leveret af American Geophysical Union