Новый метод реконструкции изменений в источниках азота с течением времени позволил ученым подключить избыток питательных веществ в прибрежных водах Западного Мауи, Гавайи, к очистным сооружениям, которые закачивают очищенные сточные воды в землю.
Цветение водорослей и деградация коралловых рифов вдоль побережья Мауи были приписаны загрязнению питательными веществами, и предыдущие исследования показали, что установка по очистке сточных вод Лахайны является основным источником избыточных питательных веществ в прибрежных водах. Предыдущие эксперименты с использованием трассеров красителей показали прямую связь между местом инъекции объекта и небольшими подводными просачиваниями, которые сбрасывают пресную воду вблизи коралловых рифов. Но есть много потенциальных источников азота, и было трудно доказать, что избыток азота в воде поступает из очистных сооружений.
«У них не было оснований утверждать, что азот поступает из сточных вод», - сказала Адина Пайтан, профессор-исследователь Института морских наук Калифорнийского университета в Санта-Круз.
Пайтан и аспирант UCSC Джозеф Мюррей работали с исследователями Геологической службы США Нэнси Праути и Сарой Пик над новым исследованием, опубликованным 3 апреля в Scientific Reports.
«Несмотря на то, что сброс подводных грунтовых вод является естественным процессом, люди меняют состав воды, делая рифы уязвимыми для деятельности, которую мы делаем на суше», - сказал Праути.
Исследователи разработали методику анализа изотопов азота, включенных в кристаллическую структуру коралловых скелетов. Кораллы откладывают новый скелетный материал слоями, которые можно увидеть в поперечном сечении и датировать, как годичные кольца деревьев. Это позволило исследователям сопоставить изменения изотопов азота в кораллах с изменениями в работе очистных сооружений.
В дополнение к последствиям для борьбы с загрязнением питательными веществами на Мауи, новые результаты демонстрируют силу этого метода для отслеживания исторических изменений питательных веществ в морской воде.
«Это очень точный способ с высоким разрешением регистрировать загрязнение морской воды питательными веществами в прошлом, что является огромной проблемой во всем мире», - сказал Пэйтан. «Это открывает много возможностей для наблюдения за историческим загрязнением азотом и другими изменениями в источниках азота с течением времени. И вам не обязательно использовать кораллы - вы также можете использовать, например, раковины моллюсков».
На Мауи исследователи собрали ядра кораллов в местах вблизи подводных просачиваний. Их анализ предоставил 40-летнюю запись изотопов азота, включенных в скелеты кораллов. Результаты показали резкое изменение содержания изотопов после 1995 года, что соответствует реализации процесса биологического удаления питательных веществ на установке очистки сточных вод Лахайны.
Пайтан объяснил, что в процессе удаления питательных веществ предпочтительно удаляются более легкие изотопы азота, поэтому оставшийся азот обогащается более тяжелым изотопом азота-15.
«Нет другого процесса, который привел бы к этой подписи, поэтому она должна быть из сточных вод», - сказала она. «Несмотря на то, что в процессе очистки часть азота удаляется, его так много в сточных водах, что его еще много остается, и когда его закачивают в грунтовые воды, он попадает в прибрежные воды».
В феврале Верховный суд США согласился заслушать дело, касающееся установки по очистке сточных вод Лахайны и Закона о чистой воде, с потенциально далеко идущими последствиями для федеральной охраны окружающей среды.