Взаимосвязь между соленостью поверхностных вод и изменением климата в центре Нью-Йорка является предметом недавней работы исследователей из Колледжа искусств и наук Сиракузского университета.
Кристина Гатчесс, доктор философии. кандидат наук о Земле, ведущий автор статьи в журнале Environmental Science and Technology (ACS Publications). Среди ее соавторов в Сиракузах Лаура Лаутц, профессор Джесси Пейдж Герой и заведующая кафедрой наук о Земле, и Криста Келлехер, доцент кафедры наук о Земле.
Другой соавтор - доктор философии Гатчесса. научный руководитель, доцент Зунли Лу.
Завершают группу Ли Джин Г'08, адъюнкт-профессор геологии SUNY Cortland; Хосе Л. Дж. Ледесма, исследователь с докторской степенью в области водных наук и оценки в Шведском университете сельскохозяйственных наук; и Джилл Кроссман, доцент кафедры наук о Земле и окружающей среде Виндзорского университета (Онтарио).
Документ опирается на исследование группы о воздействии противогололедной соли на межштатной автомагистрали 81 и других близлежащих дорогах и автомагистралях на водораздел реки Тиогниога. Гатчесс говорит, что их результаты вселяют в нее «осторожный оптимизм» в отношении будущих концентраций хлоридов в поверхностных водах водораздела.
«Долгосрочное применение дорожных солей привело к повышению уровня солености реки», - говорит Гатчесс, изучающий процессы, влияющие на качество поверхностных и грунтовых вод. «Несмотря на то, что для оценки потенциального будущего воздействия продолжающихся методов борьбы с обледенением использовались различные модели, они не учитывали различные климатические сценарии, которые, по прогнозам, повлияют на гидрогеологию в 21 веке."
Команда Гатчесса объединила различные вычислительные подходы с тщательными полевыми и лабораторными анализами, чтобы смоделировать концентрацию хлоридов в поверхностных водах Тиогниоги - большого, глубокого, 34-мильного притока реки Ченанго, протекающей через округа Кортленд и Брум.
Центральным элементом их эксперимента была INCA (сокращение от «INtegrated CAtchment»), полураспределенная платформа моделирования водосбора, которая оценивает проблемы изменения окружающей среды. Гатчесс откалибровал модель для исторического или базового периода (1961-1990) и использовал результаты для прогнозов на три 30-летних интервала: 2010-39, 2040-69 и 2070-99.
По прогнозам модели, через 20-30 лет соленость восточного и западного рукавов Тёниоги начнет снижаться. «Тенденция постепенного потепления между 2040 и 2099 годами приведет к сокращению количества снегопадов и связанного с ними применения соли, что приведет к падению солености [реки]. К 2100 году концентрация хлоридов в поверхностных водах должна быть ниже значений 1960-х годов», - говорит Гатчесс.
Это потенциально важная новость для той части страны, где концентрация хлоридов в поверхностных водах росла с 1950-х годов, когда началось засоление дорог.
Соль, или хлорид натрия, является наиболее часто используемым противогололедным реагентом в стране, распространяемым со скоростью более 10 миллионов тонн в год.
В штате Нью-Йорк типичное зимнее мероприятие требует 90-450 фунтов соли на милю дорожки. Движение транспортных средств забирает около 10 процентов остатков; остальное попадает в прилегающие водосборные бассейны в виде стока, ставя под угрозу наземные экосистемы и ресурсы питьевой воды.
Гидрогеологическое исследование, проведенное Гатчессом, является одним из немногих, сочетающих долгосрочную изменчивость климата и управление соленостью. Структура модели INCA позволила ее команде оценить реакцию потока в соответствии с 16 различными будущими сценариями с учетом климата, землепользования и управления снежным покровом.
«INCA изначально был разработан для оценки источников азота в водосборных бассейнах главной реки с одним стволом», - говорит Джин.«Здесь мы модифицировали модель, включив в нее новую многоветвевую структуру, что позволило нам моделировать ежедневные оценки концентрации хлоридов в реке. Мы также учли различия в методах засолки между сельскими и городскими районами».
По данным INCA, дорожная соль составляет более 87 процентов солености Tioughnioga. Нынешние методы борьбы с обледенением в сочетании с усилением урбанизации, вероятно, усугубят его соленость, но только на время, отчасти благодаря изменяющемуся климату.
По словам Лу, исследование предполагает, что климатические воздействия не всегда негативны в конкретном регионе: «Важно понимать нюансы изменения климата в различных временных и географических масштабах. В конечном счете, этот проект поможет нам управлять наши ресурсы более эффективно, поскольку мы адаптируемся к будущим изменениям».
Подмигивая и кивая, он добавляет: «В то же время мы не должны делать опрометчивых заявлений об изменении климата. Никто не застрахован от его последствий, ни за, ни против».
Гатчесс является участником EMPOWER, программы подготовки выпускников по водной энергии в Сиракузах, которая спонсируется Национальным научным фондом и направляется Лаутцем. Дополнительную поддержку исследованиям Gutchess оказывает программа нового кампуса университета как лаборатории устойчивого развития. По окончании учебы в мае она начнет постдокторские исследования в Йельском университете.