В значительной части Европы и Северной Америки снижение промышленных выбросов за последние 20 лет уменьшило загрязнение атмосферы и, в свою очередь, почв и воды во многих природных зонах. Тот факт, что это положительное развитие может также иметь негативные последствия для этих регионов, был продемонстрирован учеными из Центра экологических исследований им. Гельмгольца (UFZ) в журнале Global Change Biology. Согласно их выводам, снижение концентрации нитратов в прибрежных почвах, окружающих притоки водохранилищ, является причиной увеличения выброса растворенного органического углерода (РОУ) и фосфатов и ухудшения качества воды. В случае резервуаров с питьевой водой это может вызвать значительные проблемы с очисткой воды.
Из-за сжигания биомассы и ископаемого топлива и, прежде всего, из-за сельского хозяйства в атмосферу, почву и воду по-прежнему выбрасывается избыточное количество реактивного азота, что оказывает негативное воздействие на биоразнообразие, климат и человека. здоровье. Однако дифференцированный анализ путей поступления азота из разных источников выявляет существенные различия. В то время как поступление азота в почву, в первую очередь за счет сельского хозяйства, привело к повышению концентрации нитратов в грунтовых водах во многих регионах до значений, превышающих пороговое значение в 50 мг на литр, загрязнение атмосферы снижается во многих частях Европы и Северной Америки благодаря мерам по сокращению выбросов.. Это означает, что меньше азота попадает в почву и воду через атмосферные выпадения. Многолетние измерения за последние 20 лет ясно показывают, что в Германии дело обстоит именно так: в среднем на квадратный метр в год в почву поступает на 35 мг атмосферного азота меньше. Согласно исследованиям, проведенным учеными УФЗ, это приводит к тому, что в ручьи и водоемы с питьевой водой попадает меньше нитратов на 0,08 мг на литр в год. «Звучит не так уж много, но в ряде природных зон, не затронутых или почти не затронутых промышленностью и сельским хозяйством, со временем наступят доиндустриальные условия», - говорит гидрогеолог UFZ доктор Андреас Мусольф. «В некоторых случаях при содержании нитратов менее 6 мг на литр воды условия далеки от проблемных концентраций нитратов, измеренных в регионах, сильно затронутых промышленностью или сельским хозяйством».
То, что это позитивное развитие событий может иметь и негативные последствия, стало очевидным, когда ученые начали изучать причины коричневого окрашивания воды в водоемах, все чаще наблюдаемых в Германии, Северной Европе и Северной Америке. Эта коричневая окраска особенно проблематична для очистки питьевой воды. При рассмотрении различных гипотез они отметили, что коричневая окраска воды тесно связана с уменьшением концентрации нитратов в прибрежных почвах, окружающих притоки водохранилищ. Это связано с тем, что присутствие нитратов в прибрежных водно-болотных угодьях, где образуется большая часть речного стока, гарантирует, что углерод, фосфат и различные металлы остаются связанными с окисленным железом. Более низкие уровни нитратов обеспечивают химическое восстановление соединений железа и, таким образом, мобилизацию ранее адсорбированных веществ. Таким образом, соединения, ранее связанные с почвенными частицами, становятся подвижными и выбрасываются в водотоки с дождевой водой. В случае углерода это означает, что концентрация растворенного органического углерода увеличивается, что проявляется в коричневатом цвете воды. Чуть менее чем в 40 процентах из 110 изученных притоков резервуаров с питьевой водой ученые обнаружили значительно повышенные концентрации DOC, в среднем на 0,12 мг больше DOC на литр в год. Наиболее значительный прирост отмечен в природных, лесных массивах, где концентрация нитратов в воде была менее 6 мг/л.
Помимо DOC, концентрации фосфатов также значительно увеличиваются более чем в 30 процентах притоков. Расчетное среднее значение 7 мкг на литр в год, как правило, способствует росту водорослей и в равной степени создает проблемы для качества воды в долгосрочной перспективе. Имеются данные о том, что не только DOC и фосфаты, но и адсорбированные металлы, такие как мышьяк, ванадий, цинк и свинец, становятся все более мобилизованными..
«Мы решаем одну проблему, делая воздух чище, но, в свою очередь, создаем другую проблему в других областях», - говорит биолог доктор Йорг Титтель, руководитель проекта UFZ, объясняя неожиданный эффект. «Ни одно из растворенных веществ не является токсичным при такой низкой концентрации, и вещества также в значительной степени удаляются при очистке воды. Однако очистка воды становится все более дорогой».
Первоначальные доказательства, подтверждающие эту гипотезу, были получены в результате оценки данных, собранных для небольшого водосбора площадью 1,7 км2 в Рудных горах недалеко от Вильша, притока Цвиккауэр-Мулде, впадающего в Карлсфельдское водохранилище. После этого ученые выбрали гораздо больший масштаб, сосредоточившись на 110 ручьях и их водосборных бассейнах, входящих в общей сложности в 36 резервуаров с питьевой водой. Несмотря на гораздо большее разнообразие с точки зрения размера водотоков и их водосборов, их топографии, количества осадков, землепользования и химических характеристик, гипотеза может быть подтверждена и на основе гораздо большего набора данных: в DOC тесно коррелирует с уменьшением количества нитратов в воде.
Тем временем началась дискуссия о том, как результаты этого мета-анализа могут быть переведены в практические меры, чтобы остановить рост DOC, в партнерстве с соответствующими органами. «Исследование помогает сосредоточить будущие исследования на соответствующих процессах и спланировать соответствующие полевые эксперименты, которые еще больше улучшат основу для принятия решений с точки зрения конкретных мер», - говорит Андреас Мусольф.