Может ли закачка богатой кислородом поверхностной воды в глубины озер, устьев рек и прибрежных вод океана помочь уменьшить опасные мертвые зоны? Новая работа, проведенная под руководством Дэвида Ковика и Кена Калдейры из Карнеги и опубликованная в открытом доступе журналом Science of the Total Environment, говорит «да», хотя они предупреждают, что потребуются дальнейшие исследования, чтобы понять любые возможные побочные эффекты, прежде чем применять такой подход..
Когда избыточное количество питательных веществ в результате сельскохозяйственной и другой деятельности человека смывается в водные пути, это может вызвать опасное явление, называемое эвтрофикацией. Это может привести к образованию мертвых зон с низким содержанием кислорода, называемых гипоксией.
«Мертвые зоны с низким содержанием кислорода - одна из самых распространенных проблем, от которых страдают как морские, так и пресноводные системы по всему миру, и серьезная проблема для сообществ, зависящих от рыболовства», - сказал Ковик..
Усилия по борьбе с гипоксией часто направлены на сокращение сельскохозяйственных стоков и предотвращение попадания питательных веществ в водоемы. Но это очень медленный процесс, который включает в себя изменение методов ведения сельского хозяйства, модернизацию очистных сооружений и изменение использования домашних удобрений.
Koweek и Caldeira возглавили команду, которая исследовала предлагаемое технологическое средство, называемое даунвеллингом, которое могло бы дополнить программы по снижению питательных веществ. Это включает в себя откачку естественно более насыщенной кислородом воды с поверхности вниз в глубины пораженного водоема.
«Теоретически нисходящий поток создаст вертикальное перемешивание воды, распределяя кислород и предотвращая возникновение гипоксических условий», - объяснил Ковик. «Мы хотели проверить эту идею и посмотреть, действительно ли она сработает».
Команда построила модели, чтобы сравнить нисходящий поток с двумя наиболее часто используемыми технологическими методами предотвращения мертвых зон - барботированием кислорода со дна и распылением фонтанной воды на поверхность. Их модели показывают, что нисходящий поток будет в 3-100 раз эффективнее барботажного и в 10 000-миллион раз эффективнее фонтанного.
Затем они провели полевой эксперимент на водохранилище Сирсвилл в Вудсайде, штат Калифорния, который продемонстрировал, что погружение вниз может увеличить насыщение кислородом в непосредственной близости от насосов на 10-30 процентов, что достаточно для облегчения гипоксического стресса у многих морских организмы. Однако это не простиралось более чем на несколько метров за пределы труб, по которым перекачивалась поверхностная вода. Это означает, что для любых серьезных усилий по борьбе с мертвыми зонами в экономически важном или экологически чувствительном районе потребуется обширная сеть.
По словам исследователей, их работа показывает, что технология нисходящего потока может показать потенциал для масштабирования на более крупные территории, в которых ежегодные мертвые зоны создают большие экологические и экономические проблемы, такие как Чесапикский залив или Мексиканский залив. По их оценкам, энергия, необходимая для питания насосов, может стоить десятки миллионов долларов в год. Круглогодичная эксплуатация погружных насосов в Чесапике может стоить от 4 до 47 миллионов долларов; В Персидском заливе то же самое может стоить от 26 до 263 миллионов долларов.
Но эти ценники относительно невелики по сравнению с затратами на модернизацию очистных сооружений и программы сокращения использования удобрений, которые ограничивают поступление питательных веществ в водоемы. Это говорит о том, что технологию нисходящего потока можно использовать вместе с долгосрочными планами по снижению загрязнения питательными веществами.
«Уменьшение загрязнения питательными веществами - единственный способ навсегда устранить гипоксию», - сказал Кальдерия. «Однако наша работа показывает, что даунвеллинг - это технологическое решение, которое может снизить риск образования мертвых зон с низким содержанием кислорода, пока применяются стратегии управления питательными веществами».