I hela Nordamerika, bäckar och floder blir saltare, tack vare vägavisningsmedel, gödningsmedel och andra salta föreningar som människor indirekt släpper ut i vattendrag. På samma gång, sötvattenförsörjningen blir mer alkalisk.

Salt, alkaliskt sötvatten kan skapa stora problem för dricksvattenförsörjningen, urban infrastruktur och naturliga ekosystem. Till exempel, när Flint, Michigan, bytte sin primära vattenkälla till Flint River 2014, flodens höga saltbelastning i kombination med kemiska behandlingar för att göra vattnet mer frätande, orsakar bly till läckage från vattenledningar och skapar stadens väldokumenterade vattenkris.

En ny studie ledd av forskare vid University of Maryland är den första som bedömer långsiktiga förändringar i sötvattenssalthalt och pH på kontinental skala. Från data som registrerats vid 232 U.S. Geological Survey övervakningsplatser över hela landet under de senaste 50 åren, analysen visar signifikanta ökningar av både försaltning och alkalisering. Studieresultaten tyder också på en nära koppling mellan de två fastigheterna, med olika saltföreningar som kombineras för att göra mer skada än något salt för sig.

Analysen, som har konsekvenser för sötvattenhantering och saltregleringsstrategier i USA, Kanada och bortom, publicerades den 8 januari, 2018 års tidiga upplaga av Proceedings of the National Academy of Sciences . Forskare vid Cary Institute of Ecosystem Studies, University of Connecticut, University of Virginia och Chatham University var medförfattare till studien.

"Vi skapade namnet 'Freshwater Salinization Syndrome' eftersom vi insåg att det är en rad effekter på vattenkvaliteten, med många olika saltjoner kopplade samman. Det visste vi inte innan, " sa Sujay Kaushal, professor i geologi vid UMD och huvudförfattare till studien. "Många antar att när man tillför salt i landskapet så sköljs det bara bort och försvinner. Men salt ansamlas i jordar och grundvatten och det tar årtionden att spola ut."

Forskarna dokumenterade skarpa kemiska förändringar i många av landets stora floder, inklusive Mississippi, Hudson, Potomac, Neuse, Canadian och Chattahoochee Rivers. Många av dessa floder levererar dricksvatten till närliggande städer och städer, inklusive några av de mest tätbefolkade stadskärnorna längs den östra kusten.

Enligt Kaushal, mest sötvattensförsaltningsforskning har fokuserat på natriumklorid, mer känt som bordssalt, som också är den dominerande kemikalien i vägavisningsmedel. Men när det gäller kemi, salt har en mycket bredare definition, som omfattar alla kombinationer av positivt och negativt laddade joner som dissocierar i vatten. Några av de vanligaste positiva jonerna som finns i salter - inklusive natrium, kalcium, magnesium och kalium – kan ha skadliga effekter på sötvatten vid högre koncentrationer.

"Dessa "cocktails" av salter kan vara mer giftiga än bara ett salt, eftersom vissa joner kan tränga undan och frigöra andra joner från jordar och stenar, förvärrar problemet, sade Kaushal, som också har en tid i UMD:s Earth System Science Interdisciplinary Center. "Ekotoxikologer har precis börjat förstå detta."

Den aktuella studien är den första som samtidigt redogör för flera saltjoner i sötvatten över hela USA och södra Kanada. Resultaten tyder på att saltjoner, skada i sin egen rätt, driver också upp sötvattens pH, gör det mer alkaliskt. Under den tidsperiod som omfattas av studien, forskarna drog slutsatsen att 37 procent av dräneringsområdet i det angränsande USA upplevde en betydande ökning av salthalten. Alkalisering, som påverkas av ett antal olika faktorer förutom salthalt, ökat med 90 procent.

"Vår studie är den första som dokumenterar ett samband mellan ökad försaltning och alkalisering på kontinental skala. Hittills har vi insåg inte helt den roll som olika salter spelar för att förändra pH-värdet i strömmar och floder i vårt land, " sa studiens medförfattare Gene Likens, president emeritus för Cary Institute of Ecosystem Studies och en framstående forskningsprofessor vid University of Connecticut. "Salthalt och pH är grundläggande aspekter av vattenkemi, så det här är stora förändringar av sötvattens egenskaper. "

Grundorsakerna till ökat salt i vattenvägarna varierar från region till region, sa Kaushal. I det snöiga Midatlanten och New England, vägsalt som används för att underhålla vägar på vintern är en primär boven. I mellanvästern med mycket jordbruk, gödselmedel — särskilt de med hög kaliumhalt — ger också stora bidrag. I andra regioner, gruvavfall och vittring av betong, stenar och jordar släpper ut salter i intilliggande vattendrag.

"Vi fann att pH-värdet i vissa floder började öka på 1950- och 60-talen - årtionden innan bestämmelserna om surt regn implementerades, sa Michael Pace, en professor i miljövetenskap vid University of Virginia och medförfattare till studien. "Vi observerade också ökade saltkoncentrationer i sydost, där de inte applicerar vägsalt. Dessa överraskande trender presenterade ett pussel som vårt team arbetade tillsammans för att lösa."

I den vattensvältade öknen sydväst, där saltkoncentrationerna historiskt har varit mycket höga, Kaushal och hans kollegor dokumenterade en total minskning av salthalten över tiden. Forskarna tillskriver denna minskning till en mängd olika faktorer, inklusive förändringar i mark- och vattenanvändning, tillsammans med en ansträngning från västerländska statliga och lokala myndigheter för att minska salttillförseln och förbättra strategierna för förvaltning av vattenresurser. Till exempel, 1973, de sju västerländska staterna som ingår i Colorado River Basin skapade Colorado River Basin Salinity Control Forum för att stödja ansträngningar för kontroll av salthalten.

Kaushal noterade att många strategier för att hantera saltföroreningar redan finns. Bevis tyder på att saltlösningar kan vara effektivare än granulerat salt för avisning av vägar, ger samma effekt med mindre total salttillförsel. Försaltning innan en större snöhändelse kan också förbättra resultaten. Kaushal sa också att många städer och delstater i mitten av Atlanten och nordöstra har föråldrad och ineffektiv saltspridningsutrustning som sedan länge är aktuell för en uppgradering.

"Också, inte alla salter skapas lika vad gäller deras förmåga att smälta is vid vissa temperaturer, ", tillade Kaushal. "Att välja rätt saltföreningar för de rätta förhållandena kan hjälpa till att smälta snö och is mer effektivt med mindre salttillförsel, vilket skulle räcka långt för att lösa problemet."

Kaushal och hans kollegor noterar liknande problem med appliceringen av gödningsmedel i jordbruksmiljöer. I många fall, att applicera rätt mängd gödningsmedel vid rätt tidpunkt på säsongen kan bidra till att minska den totala produktionen av salter i närliggande vattendrag och floder. Forskarna noterar också att mer noggranna stadsutvecklingsstrategier - främst att bygga längre från vattendrag och designa mer effektiva dagvattendräneringssystem - kan hjälpa till att minska mängden salt som tvättas bort från väderbiten betong.

"Som samhälle vi tar upp vattenkvalitetsproblemen i avloppsvatten, laddning av avloppsvatten och näringsämnen, sa Tom Torgersen, chef för National Science Foundations Water Sustainability and Climate-program, som finansierade forskningen. "Men vår påverkan på vattenkvaliteten är fortfarande betydande som ett resultat av vår ökande befolkning, storleken på vår byggda infrastruktur och andra faktorer. Hantering av effekterna på vattenkvaliteten är fortfarande en utmaning."

Forskarna noterar också behovet av att övervaka och byta ut åldrande vattenledningar i hela landet som har påverkats av korrosion och avlagringar, eller uppbyggnaden av mineralavlagringar och mikrobiella filmer. Sådana rör är särskilt känsliga för saltare, mer alkaliskt vatten, vilket kan förvärra utsläppet av giftiga metaller och andra föroreningar.

"Trenderna vi ser i data tyder alla på att vi måste överväga frågan om saltföroreningar och börja ta det på allvar, ", sa Kaushal. "The Environmental Protection Agency reglerar inte salter som primära föroreningar i dricksvatten på federal nivå, och det finns inkonsekvens i hanteringen av saltföroreningar på lokal nivå. Dessa faktorer är något samhällen måste ta itu med för att tillhandahålla rent vatten nu och för framtida generationer."

Forskningsdokumentet, "Sötvattensaltningssyndromet på en kontinental skala, "Sujay Kaushal, Gene liknar, Michael Pace, Ryan Utz, Shahan Haq, Julia Gorman och Melissa Grese, publicerades den 8 januari, 2018 års tidiga upplaga av Proceedings of the National Academy of Sciences .