När den globala befolkningen har exploderat under det senaste århundradet, kväve har blivit en av de vanligaste vattenföroreningarna i världen.

Kväveföroreningar härrör huvudsakligen från människorelaterade källor som bilutsläpp, gödselmedel, boskapsavfall och stadsavrinning. I årtionden, forskare har observerat kvävekoncentrationer som stiger i vattendrag runt om i världen, men särskilt i utvecklade nationer. Överflödet av kväve i naturliga vatten leder till negativa effekter på vattenkvaliteten, inklusive skadliga algblomningar och fiskdödare, som har negativa effekter på nedströms ekonomier och ekosystem.

Lyckligtvis, många vatten- och våtmarksekosystem kan ta bort en del av detta kväve innan det blir en olägenhet för nedströms miljöer. Växterna och mikroorganismerna i dessa ekosystem tar naturligt bort kväve från floder och vattendrag, gynna kustfiske och flodmynningar. Dock, dessa organismer kan vara känsliga för miljöstörningar. Vid stora översvämningar, till exempel, växtlighet kan ryckas upp från våtmarker och mikrobiella mattor kan skuras från bäckbäddar. Dessa och andra störningar kan få stora konsekvenser för kvävets kretslopp.

Översvämning påverkar kväveförädlingen i Lumbee River Basin

2016, Orkanen Matthew förde med sig enorma och förödande översvämningar till Lumbee River, ligger i sydöstra North Carolina. När översvämningsvattnet spred sig långt utanför den befintliga översvämningsslätten, både städer och jordbruksmarker var nedsänkta. Okända mängder skräp och föroreningar transporterades nedströms.

Eftersom översvämningarna från orkanen Matthew var så mycket större än något annat som Lumbee River hade upplevt i observationsprotokollet, eller i lokalbefolkningens muntliga och skriftliga historia, översvämningen hade okända konsekvenser för flodens kvävekretslopp. Tillsammans med min rådgivare, Ryan Emanuel, Jag antog att ekosystem som är ansvariga för att ta bort kväve från ytvatten kan ha skadats eller förändrats på ett sätt som påverkade kväveavskiljningen.

För att testa vår hypotes, vi spårade förändringar i flodens förmåga att ta bort kväve i en av dess oorganiska former, nitrat. Vi mätte nitratkoncentrationer i vattenprover som samlats längs tre delar av floden under flera månader före och efter orkanen Matthew. Vi kombinerade dessa mätningar med andra data från floden för att beräkna kväveupptagningshastigheter för undersektioner av varje sträcka. För två av räckvidden, genomsnittlig kväveupptagning förändrades inte märkbart efter orkanen Matthew. För den tredje räckvidden, den genomsnittliga kväveupptagningshastigheten minskade något efter översvämningen.

Mer intressant, vi fann att variationen i kväveupptag inom varje räckvidd ökade avsevärt efter orkanen Matthew. Vi tror att dessa skillnader kan bero på störningar som orsakas av våtmarksvegetation och mikrobiella mattor, som aktivt tar bort kväve från strömmen. Dessa samhällen slogs inte helt bort av stormen, men översvämningar kan ha påverkat dem tillräckligt för att skapa fläckar längs floden som var särskilt effektiva (eller ineffektiva) för att ta bort nitrat. Allteftersom tiden gick, Variabiliteten i kväveupptag verkade minska inom varje räckvidd. Det förändrade beteendet för kväveupptag efter orkanen Matthew väcker intressanta frågor för framtida forskning.

Efter stora översvämningar som de orsakade av orkanen Matthew och, nyligen, Orkanen Florence, lokala och federala regeringar ägnar mer uppmärksamhet åt utsatta samhällen som lever i översvämningsslätter eller i andra låglänta områden. Denna uppmärksamhet är lämpligt inriktad, eftersom dessa samhällen ofta är otillräckligt utrustade för att återhämta sig från översvämningar och anpassa sig till förändrat klimat.

Dock, orkanrelaterade översvämningar kan också påverka osynliga ekosystemprocesser som är ansvariga för att mildra kväveföroreningar i ytvatten. Det är därför absolut nödvändigt att vi förstår hur stora översvämningar kan påverka bearbetningen av kväve och andra föroreningar.

Detta gäller särskilt mot bakgrund av nuvarande prognoser att orkaner som Matthew och Florens kommer att bli mer vanliga, föra katastrofala översvämningar med sig. När vi förstår extrema översvämningar och deras konsekvenser mer fullständigt, vi kan få en tydligare bild av hur ekologiska processer, inklusive avlägsnande av kväve från strömmar, bete sig under månaderna och åren som följer. Kommer kvävebearbetning att återgå till tillstånd före orkanen eller övergå till ett alternativt tillstånd? Framtida forskning kommer att hjälpa till att besvara denna och andra frågor relaterade till vattenkvalitet i en tid av global förändring.