En nyligen genomförd studie ledd av forskare vid University of Maryland fann att bäckar och floder över hela USA har blivit saltare och mer alkaliska under de senaste 50 åren, tack vare vägavisningsmedel, gödningsmedel och andra salta föreningar som människor indirekt släpper ut i vattendrag. Teamet döpte denna effekt till "Freshwater Salinization Syndrome."

Ny forskning från samma UMD-ledda grupp tar en närmare titt på det globala, regionala och lokala konsekvenser av Freshwater Salinization Syndrome. Gruppen fann att salt, alkaliskt sötvatten kan frigöra en mängd olika kemikalier, inklusive giftiga metaller och skadliga kvävehaltiga föreningar, från bäckar och jordar i avrinningsbassänger. Resultaten tyder vidare på att många av dessa kemikalier reser tillsammans genom vattendelar, bildar "kemiska cocktails" som kan ha mer förödande effekter på dricksvattenförsörjning och ekosystem jämfört med enbart enskilda föroreningar.

Gruppens senaste arbete, som inkluderar fältobservationer från Washington, D.C. och Baltimore storstadsområdena, Parlamentet framhåller behovet av nya och mer omfattande strategier för reglering och föroreningshantering. Forskargruppen publicerade sina resultat den 3 december, 2018 i tidningen Philosophical Transactions of the Royal Society B .

"Slutet av våra fynd är att när människor tillsätter salt till vattendrag, att salt också släpper ut många farliga bikemikalier, " sa Sujay Kaushal, professor i geologi vid UMD och huvudförfattare till studien. "Det är uppenbart att tillsynsmyndigheter måste hitta nya sätt att ta itu med dessa "kemiska cocktails" som släpps ut av saltare vatten, snarare än att titta på enskilda sötvattenföroreningar en efter en."

Salt, alkaliskt sötvatten är redan känt för att 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.

Kaushal och hans kollegors senaste forskningsprojekt undersökte effekterna av kemiska cocktails skapade av saltare vatten mer i detalj. Gruppen började med att bedöma tidigare publicerade data från floder i USA, Europa, Kanada, Ryssland, Kina och Iran, avsevärt utvidga de geografiska gränserna för forskarnas tidigare arbete. Deras analys tyder på att Freshwater Salinization Syndrome kan vara ett globalt fenomen, med det mest avgörande stödet som visar en stadig trend av ökade saltjoner i både amerikanska och europeiska floder. Dessa trender går tillbaka minst 50 år, med vissa data som sträcker sig tillräckligt långt tillbaka för att stödja en 100-årig trend.

"Med tanke på vad vi hittar, Jag fortsätter att bli förvånad över omfattningen och omfattningen av den senaste tidens försämring av jordens ytvatten, " sa studiens medförfattare Gene Likens, president emeritus för Cary Institute of Ecosystem Studies och en framstående forskningsprofessor vid University of Connecticut. "Bildandet av nya kemiska cocktails orsakar försämring långt över mina förväntningar."

I de snöiga midatlantiska staterna och New England, vägsalt som appliceras på vägar på vintern är en primär orsak till sötvattensaltningssyndrom. Kaushal och hans kollegor tog en djupare dykning i de kemiska konsekvenserna av vägsalt genom att utföra detaljerade fältstudier i vattendrag som ligger nära Washington, D.C. och Baltimore.

I en uppsättning observationer, forskarna tog prov på vatten från Paint Branch-strömmen nära UMD-campus innan, under och efter en snöstorm 2017. Denna aspekt av studien gjorde det möjligt för teamet att spåra effekterna av vägsalt som sköljdes in i bäckarna av den smältande snön.

"Vi tyckte att det skulle vara intressant att få en bild av kemin i en urban flod under en snöstorm, " sa Kelsey Wood (B.S. '15, geologi), en doktorand i geologi vid UMD och en medförfattare till studien. "Saltkoncentrationerna under snöstormen var förvånansvärt höga - det var som att vi analyserade havsvatten. Men vi förväntade oss inte en så hög motsvarande topp i metaller."

Tidigare forskning har visat att mycket salt vatten kan tvinga fram metaller – särskilt koppar, kadmium, mangan och zink — ut ur strömbäddsjordar och in i strömvatten. I strömmen Paint Branch, Kaushal och hans kollegor noterade stora toppar i koppar, mangan och zink omedelbart efter snöstormen. I en liknande uppsättning observationer i Washington, D.C.'s Rock Creek, teamet observerade anmärkningsvärda toppar i kadmium, koppar och zink efter andra snöstormar.

I en annan serie experiment, forskarna tillsatte på konstgjord väg salt till strömmen Gwynns Falls nära Baltimore för att simulera vad som händer under en snöstorm och mätte kopparkoncentrationer i vattnet innan, under och efter tillsats av salt. Nedströmsdata visade en omedelbar topp i koppar som släpptes från strömbädden, antyder ett direkt samband mellan bäckens salthalt och koppar i vattnet.

Saltjonkoncentrationerna kan vara höga i månader efter en storm, tillade Kaushal. Detta förlänger den tid som salt kan dra metaller från jorden, vilket resulterar i skadliga cocktails av metaller och salter som transporteras långt nedströms.

"När man tittar på vattenkvalitetsdata över flera månader på vintern, saltet förblir högt och har sällan en chans att återgå till baslinjen innan nästa storm kommer igenom och mer salt läggs på vägarna, sade Kaushal, som också har en tid i UMD:s Earth System Science Interdisciplinary Center. "Denna höga saltbelastning frigör inte bara metaller och andra föroreningar, men det finns också bevis för att den initiala saltpulsen frigör andra saltjoner från bäcken och jordar, såsom magnesium och kalium, vilket ytterligare bidrar till att hålla de totala saltnivåerna höga."

I mellanvästern och områden i mittatlantiska stater, som är mycket jordbruksbyggda, jordbruksgödsel är en betydande orsak till sötvattensaltningssyndrom. För att undersöka vidare, forskargruppen tittade på vattenkvalitetsdata från 26 olika U.S. Geological Survey (USGS) övervakningsplatser längs floder i dessa områden.

Dessa USGS-stationer samlade in data var 15:e minut om salthalt, pH och nitratjoner - en skadlig biprodukt från jordbruksgödselmedel och andra föroreningar. Dessa högfrekventa mätningar gav forskargruppen värdefulla realtidsinsikter, där flera av floderna visar ett tydligt och nästan omedelbart samband mellan ökad salthalt och nitrathalter.

"Till mig, denna studie belyser behovet av att se salt som en ny förorening i sötvatten, " sa Shahan Haq (B.S. '14, fysik), en doktorand i geologi vid UMD och en medförfattare till studien. "Saltets förmåga att flytta tungmetaller som koppar från sediment till vattnet kan ha farliga konsekvenser för vårt dricksvatten och kan vara giftigt för vilda djur. Våra observationer tyder på att vissa floder redan är i riskzonen, speciellt här i östra USA direkt efter vägsalttillämpningar."