Samspelet mellan ytvattensalthalt och klimatförändringar i centrala New York är föremål för en nyligen genomförd artikel av forskare vid Syracuse Universitys College of Arts and Sciences.
Kristina Gutchess, en Ph.D. kandidat inom geovetenskap, är huvudförfattare till en artikel i den prestigefyllda tidskriften Miljövetenskap och teknik (ACS-publikationer). Hennes medförfattare på Syracuse inkluderar Laura Lautz, Jesse Page Heroy professor och ordförande för geovetenskaper, och Christa Kelleher, biträdande professor i geovetenskaper.
En annan medförfattare är Gutchess Ph.D. handledare, Docent Zunli Lu.
Avrundar gruppen är Li Jin G'08, docent i geologi vid SUNY Cortland; José L. J. Ledesma, en postdoktor i akvatiska vetenskaper och bedömning vid Sveriges Lantbruksuniversitet; och Jill Crossman, biträdande professor i jord- och miljövetenskap vid University of Windsor (Ontario).
Uppsatsen bygger på gruppens studie av effekterna av avisningssalt från Interstate 81 och andra omgivande vägar och motorvägar på Tioughnioga Rivers vattendelare. Gutchess säger att deras fynd gör henne "försiktigt optimistisk" om vattendelarens framtida ytvattenkloridkoncentrationer.
"Den långvariga användningen av vägsalt har lett till en ökning av flodens salthalt, säger Gutchess, som studerar processer som påverkar kvaliteten på ytvatten och grundvatten. "Medan olika modeller har använts för att bedöma potentiella framtida effekter av fortsatta avisningsmetoder, de har inte införlivat olika klimatscenarier, som förväntas påverka hydrogeologin under 2000-talet."
Gutchess team kombinerade olika beräkningsmetoder med noggrant fältarbete och laboratorieanalys för att simulera ytvattenkloridkoncentrationer i Tioughnioga - en stor, djup, 34 mils biflod till floden Chenango, flyter genom Cortland och Broome län.
Centralt i deras experiment var INCA (förkortning för "INtegrated CAtchment"), en semi-distribuerad plattform för modellering av avrinningsområden som bedömer frågor om miljöförändringar. Gutchess kalibrerade modellen för en historisk, eller baslinje, period (1961-90), och använde resultaten för att göra prognoser för tre 30-årsintervall:2010-39, 2040-69 och 2070-99.
Baserat på modellens prognoser, salthalten i Tioughniogas östra och västra grenar kommer att börja minska om 20-30 år. "En gradvis uppvärmningstrend mellan 2040 och 2099 kommer att leda till minskningar av snöfall och tillhörande salttillämpningar, vilket får [flodens] salthalt att sjunka. Senast 2100, koncentrationer av ytvattenklorid bör vara under 1960-talets värden, " säger Gutchess.
Detta är potentiellt stora nyheter för en del av landet som har upplevt stigande ytvattenkloridkoncentrationer sedan 1950-talet, när vägsaltning började.
Salt, eller natriumklorid, är den mest använda avisningskemikalien i landet, spridning med mer än 10 miljoner ton per år.
I delstaten New York, en typisk vinterhändelse kräver 90-450 pounds salt per lane-mile. Fordonstrafiken plockar upp cirka 10 procent av resterna; resten kommer in i intilliggande vattenavrinningsområde i form av avrinning, äventyra terrestra ekosystem och dricksvattenresurser.
Gutchess hydrogeologiska studie är en av endast ett fåtal som kombinerar långsiktig klimatvariabilitet och salthaltshantering. INCA-modellens ramverk gjorde det möjligt för hennes team att bedöma strömsvar under 16 olika framtidsscenarier, med hänsyn till klimatet, markanvändning och snöhantering.
"INCA utvecklades ursprungligen för att bedöma kvävekällor i avrinningsområden i en enstammig huvudflod, " säger Jin. "Här, vi modifierade modellen för att införliva en ny flergrenad struktur, vilket gör det möjligt för oss att simulera dagliga uppskattningar av inströmskoncentrationer av klorid. Vi tillät också skillnader i saltningsmetoder mellan landsbygd och stadsområden."
Enligt INCA, vägsalt står för mer än 87 procent av Tioughniogas salthalt. Nuvarande avisningsmetoder, i kombination med ökad urbanisering, kommer sannolikt att öka dess salthalt, men bara för en stund, delvis tack vare det förändrade klimatet.
Enligt Lu, studien tyder på att klimatpåverkan inte alltid är negativ i en specifik region:"Det är viktigt att förstå nyanserna av klimatförändringar vid olika tidpunkter och geografiska skalor. I slutändan, detta projekt kommer att hjälpa oss att hantera våra resurser mer effektivt, när vi anpassar oss till framtida förändringar."
Med en blinkning och en nick, han lägger till, "På samma gång, vi bör inte göra allmänna uttalanden om klimatförändringar. Ingen är befriad från dess effekter, för eller emot."
Gutchess är medlem i EMPOWER, ett utbildningsprogram för forskarutbildning i vattenenergi vid Syracuse som sponsras av National Science Foundation och regisseras av Lautz. Ytterligare stöd för Gutchess forskning kommer från universitetets nya Campus as a Laboratory for Sustainability-program. Efter examen i maj, hon kommer att påbörja postdoktoral forskning vid Yale.
