Недавнее исследование, проведенное учеными из Университета Мэриленда, показало, что ручьи и реки в Соединенных Штатах стали более солеными и щелочными за последние 50 лет благодаря антиобледенителям дорог, удобрениям и другим соленым соединениям, которые люди косвенно выделяют в воду. водные пути. Команда назвала этот эффект «синдромом засоления пресной воды».
Новое исследование, проведенное той же группой под руководством UMD, более подробно рассматривает глобальные, региональные и местные последствия синдрома засоления пресной воды. Группа обнаружила, что соленая, щелочная пресная вода может выделять различные химические вещества, в том числе токсичные металлы и вредные азотсодержащие соединения, из русел рек и почв в водосборных бассейнах. Результаты также показывают, что многие из этих химических веществ перемещаются вместе по водосборным бассейнам, образуя «химические коктейли», которые могут иметь более разрушительные последствия для источников питьевой воды и экосистем по сравнению с отдельными загрязняющими веществами..
Последняя работа группы, которая включает в себя полевые наблюдения в столичных районах Вашингтона, округ Колумбия и Балтимора, подчеркивает необходимость новых и более комплексных стратегий регулирования и управления загрязнением. Исследовательская группа опубликовала свои выводы 3 декабря 2018 года в журнале Philosophical Transactions of the Royal Society B..
«Суть наших выводов заключается в том, что, когда люди добавляют соль в водные пути, эта соль также выделяет много опасных побочных химических веществ», - сказал Суджей Каушал, профессор геологии в UMD и ведущий автор исследования.«Очевидно, что регулирующие органы должны найти новые способы борьбы с этими «химическими коктейлями», выделяемыми более соленой водой, а не рассматривать отдельные загрязнители пресной воды один за другим».
Соленая, щелочная пресная вода, как уже известно, создает большие проблемы для снабжения питьевой водой, городской инфраструктуры и природных экосистем. Например, когда Флинт, штат Мичиган, переключил свой основной источник воды на реку Флинт в 2014 году, высокое содержание солей в реке в сочетании с химическими обработками сделало воду более коррозионной, что привело к выщелачиванию свинца из водопроводных труб и созданию хорошо задокументированного загрязнения этого города. водный кризис.
Последний исследовательский проект Каушала и его коллег более подробно изучил воздействие химических коктейлей, создаваемых более соленой водой. Группа начала с оценки ранее опубликованных данных по рекам США, Европы, Канады, России, Китая и Ирана, существенно расширив географические границы предыдущей работы исследователей. Их анализ показывает, что синдром засоления пресной воды может быть глобальным явлением, при этом наиболее убедительные доказательства показывают устойчивую тенденцию к увеличению содержания ионов соли в реках как в США, так и в Европе. Эти тенденции прослеживаются как минимум 50 лет назад, а некоторые данные достаточно далеко, чтобы подтвердить 100-летнюю тенденцию.
«Учитывая то, что мы обнаружили, я продолжаю удивляться масштабам и величине недавней деградации поверхностных вод Земли», - сказал соавтор исследования Джин Ликенс, почетный президент Института исследований экосистем Кэри. и выдающийся профессор-исследователь Университета Коннектикута. «Формирование новых химических коктейлей приводит к ухудшению состояния, намного превышающему мои ожидания».
В заснеженных штатах Средней Атлантики и Новой Англии дорожная соль, нанесенная на дороги зимой, является основной причиной синдрома засоления пресной воды. Каушал и его коллеги более глубоко изучили химические последствия дорожной соли, проведя подробные полевые исследования в ручьях, расположенных недалеко от Вашингтона, округ Колумбия. C. и Балтимор.
В одном наборе наблюдений исследователи взяли пробы воды из ручья Пейнт-Бранч возле кампуса UMD до, во время и после снежной бури 2017 года. Этот аспект исследования позволил команде проследить влияние дорожной соли, смываемой в ручьи тающим снегом.
"Мы подумали, что было бы интересно получить представление о химическом составе городской реки во время снежной бури", - сказала Келси Вуд (бакалавр наук '15, геология), аспирант геологического факультета UMD и соавтор исследования. «Концентрация соли во время снежной бури была на удивление высокой - мы как будто анализировали морскую воду. Но мы не ожидали такого высокого соответствующего пика в металлах».
Предыдущие исследования показали, что очень соленая вода может вытеснять металлы, особенно медь, кадмий, марганец и цинк, из почв русла рек в речную воду. В ручье Paint Branch Каушал и его коллеги заметили большие всплески меди, марганца и цинка сразу после снежной бури. В аналогичном наборе наблюдений в Рок-Крике в Вашингтоне, округ Колумбия, команда наблюдала заметные всплески кадмия, меди и цинка после других снежных бурь.
В другой серии экспериментов исследователи искусственно добавляли соль в ручей Гвинс-Фолс недалеко от Балтимора, чтобы имитировать то, что происходит во время метели, и измеряли концентрацию меди в воде до, во время и после добавления соли. Данные ниже по течению показали мгновенный всплеск меди, выделяемой из русла ручья, что указывает на прямую связь между содержанием соли в ручье и содержанием меди в воде.
Концентрация ионов соли может оставаться высокой в течение нескольких месяцев после шторма, добавил Каушал. Это увеличивает время, в течение которого соль может вытягивать металлы из почвы, в результате чего вредные смеси металлов и солей переносятся далеко вниз по течению.
«Глядя на данные о качестве воды за несколько месяцев зимой, можно сказать, что содержание соли остается высоким и редко имеет шанс вернуться к исходному уровню до того, как разразится следующий шторм и на дороги будет высыпано больше соли», - сказал Каушал, который также имеет назначение в Междисциплинарном центре наук о системе Земли UMD.«Эта высокая солевая нагрузка не только высвобождает металлы и другие загрязняющие вещества, но есть также доказательства того, что начальный импульс соли высвобождает другие ионы соли из русла реки и почвы, такие как магний и калий, которые дополнительно способствуют поддержанию высокого общего уровня соли».
На Среднем Западе и в районах Среднеатлантических штатов, где ведется интенсивное земледелие, сельскохозяйственные удобрения являются серьезной причиной синдрома засоления пресной воды. Для дальнейшего исследования исследовательская группа изучила данные о качестве воды с 26 различных участков мониторинга Геологической службы США (USGS) вдоль рек в этих районах.
Эти станции Геологической службы США каждые 15 минут собирали данные о солености, pH и нитрат-ионах - вредных побочных продуктах сельскохозяйственных удобрений и других загрязняющих веществ. Эти высокочастотные измерения дали исследовательской группе ценную информацию в режиме реального времени: несколько рек показали четкую и почти непосредственную связь между повышенной соленостью и концентрацией нитратов.
«Для меня это исследование подчеркивает необходимость рассматривать соль как новое загрязняющее вещество в пресной воде», - сказал Шахан Хак (бакалавр естественных наук '14), аспирант геологического факультета UMD и соавтор исследования. исследование. «Способность соли перемещать тяжелые металлы, такие как медь, из отложений в воду может иметь опасные последствия для нашей питьевой воды и может быть токсичной для дикой природы. Наши наблюдения показывают, что некоторые реки уже находятся в опасности, особенно здесь, на востоке США, сразу после дорожной соли. приложения."