Ökad organisk avrinning till följd av klimatförändringar kan minska penetrationen av patogendödande ultraviolett (UV) solljus i insjöar, floder, och kustvatten, enligt en ny studie i tidskriften Vetenskapliga rapporter . Resultaten, från ett team inklusive forskare vid Rensselaer Polytechnic Institute, pekar på potentialen för en ökning av vattenburna patogener.

Forskare har redan mätt en ökning av "bruning" av världens vatten, ett fenomen som orsakas av att mer organiskt material sköljer in från den omgivande marken. Den nya studien, leds av Miami University i Ohio, analyserade vattenprover och använde en modell baserad på National Center for Atmospheric Research (NCAR) för att kvantifiera, för första gången, påverkan av löst organiskt material på potentialen för UV-strålning från solen att döda patogener i vattnet.

Inte bara gör en ökning av löst organiskt material det svårare för solljus att desinficera vattenförekomster, det gör det också svårare för vattenreningsverk att fungera effektivt, sa huvudförfattaren Craig Williamson, en ekolog vid Miami University. I USA, 12 till 19 miljoner människor blir redan årligen sjuka av vattenburna patogener.

Kevin Rose, Frederic R. Kolleck '52 Career Development Chair in Freshwater Ecology på Rensselaer, samlade in mycket av data om löst organiskt material i vattenprover för att bedöma potentialen för UV-strålning att döda patogener.

"Vattnets klarhet sjunker i många regioner på grund av faktorer som brunfärgning, och denna forskning visar att denna förändring sannolikt minskar naturlig desinfektion av potentiellt skadliga patogener, sa Rose.

Teamet använde prover av vatten från sjöar runt om i världen, från Pennsylvania och Wisconsin, till Chile och Nya Zeeland. Tester bestämde mängden löst organiskt material i varje prov, och ljusets våglängder – inklusive ultravioletta våglängder – som absorberas av det organiska materialet.

Med hjälp av Tropospheric Ultraviolet-Visible-modellen – som simulerar hur UV-ljus sprids och absorberas när det passerar genom jordens atmosfär – bestämde forskarna hur mycket UV-ljus som träffar sjöarnas yta under hela året. Forskare analyserade också reflektion och brytning från varje sjös yta för att beräkna hur mycket ljus som penetrerar sjöarna och sedan, till sist, hur djupt det når.

Tropospheric Ultraviolet-Visible-modellen beräknar också den förväntade desinficerande kraften hos UV-ljus i en viss vattenkropp baserat på dess lösta organiska material och andra egenskaper, en mätning som kallas "solar inactivation potential (SIP)." I vissa fall, forskare beräknade SIP över olika delar av, eller för olika tidsperioder i, samma sjö.

Resultaten gjorde det möjligt för forskare att kvantifiera effekterna av löst organiskt material. Till exempel, sommartid SIP för en sjö i nordöstra Pennsylvania—som, tillsammans med andra regionala sjöar har genomgått en betydande brunfärgning under de senaste decennierna - minskat med ungefär hälften mellan 1994 och 2015.

I Kaliforniens Lake Tahoe, SIP i den relativt orörda mitten av sjön kan vara så mycket som 10 gånger större än vid Tahoe Meeks Bay, ett område vid sjökanten som används mycket av människor och som har en mycket högre nivå av löst organiskt material.

Forskarna visade också hur SIP dramatiskt kan minska efter en kraftig nederbördshändelse med hjälp av vattenprover som samlats in från regionen där Manitowocfloden rinner ut i Lake Michigan, som levererar dricksvatten till mer än 10 miljoner människor. Modellering baserad på prover tagna före och efter en kraftig storm drog igenom den 21 juni, 2011, visade att SIP kan ha sjunkit med så mycket som 22 procent på grund av det extra lösta organiska materialet som sköljde in i området i denna enda stormhändelse.