En miljon fiskar har dött i Murray Darling-bassängen, eftersom syrenivåerna sjunker på grund av stora algblomningar. Experter har varnat för att vi kan se fler massdöd den här veckan.

Fingrar har pekats åt dålig vattenhushållning efter en lång period av torka. Dock, massdöd av fisk kan också orsakas av översvämningar, och även råavlopp.

Så vad händer när syre "sugs ur vattnet"?

Fenomenet är mycket välkänt för vattenkvalitetsingenjörer; vi kallar det "biokemisk syreförbrukning". För att förstå det, vi måste prata om lite biologi och lite kemi.

När syre möter vatten

Syremolekyler är lösliga i vatten på samma sätt som socker är lösligt i vatten. När den är upplöst, du kan inte se det (och, till skillnad från socker, syre är smaklöst).

Den maximala mängden syre som du kan lösa i vatten beror på ett antal faktorer, inklusive vattentemperaturen, omgivande lufttryck, och salthalt. Men grovt sett, den maximala mängden lösligt syre, känd som "mättnadskoncentrationen" är typiskt omkring 7-10 milligram syre per liter vatten (7-10 mg/L).

Detta lösta syre är vad fiskar använder för att andas. Fiskar tar in vatten genom munnen och tvingar det genom sina gälgångar. Gälar, som våra lungor, är fulla av blodkärl. När vatten passerar över gälarnas tunna väggar, löst syre överförs till blodet och transporteras sedan till fiskens celler. Ju högre syrekoncentration i vattnet, desto lättare är det för denna överföring att ske.

Väl i cellerna, syremolekylerna spelar en nyckelroll i processen med "aerob andning". Syret reagerar med energirika organiska ämnen, som socker, kolhydrater och fetter för att bryta ner dem och frigöra energi till cellerna. Den huvudsakliga avfallsprodukten från denna process är koldioxid (CO₂). Det är därför vi alla behöver andas in syre och vi andas ut koldioxid. Fisk gör det också. Ett enkelt sätt att uttrycka detta är:

Organiska ämnen + Syre → Koldioxid + Vatten + Energi

Vad är det biokemiska syrebehovet?

Precis som fisk och människor, många bakterier får energi från processer av aerob andning, enligt den förenklade kemiska reaktionen som visas ovan. Därför, om det finns organiska ämnen i en vattenväg, bakterierna som lever i vattenvägarna kan konsumera dem. Detta är en viktig "biologisk nedbrytningsprocess" och är anledningen till att vår planet inte är nedskräpad av kadaver av djur som har dött under många tusen år. Men denna form av biologisk nedbrytning förbrukar också syre, som kommer från löst syre i vattenvägen.

Floder kan fylla på sitt syre genom kontakt med luften. Detta är dock en relativt långsam process, speciellt om vattnet står stilla (flödet skapar turbulens och blandar in mer syre). Så om det finns mycket organiskt material och bakterier kalasar på det, syrekoncentrationerna i floden kan plötsligt sjunka.

Självklart, "organiska ämnen" kan innefatta många olika saker, som socker, fetter och proteiner. Vissa molekyler innehåller mer energi än andra, och vissa är lättare för bakterierna att biologiskt bryta ned. Så mängden aerob andning som kommer att inträffa beror på den exakta kemiska naturen hos de organiska ämnena, samt deras koncentration.

Därför, istället för att hänvisa till koncentrationen av "organiska ämnen", vi hänvisar oftare till det som verkligen betyder något:hur mycket aerob andning de organiska ämnena kan utlösa och hur mycket syre detta kommer att leda till att förbrukas. Detta är vad vi kallar det biokemiska syrebehovet (BOD) och vi brukar uttrycka det som en koncentration i form av milligram syre per liter vatten (mg/L).

Som oss, bakterier konsumerar inte all mat som är tillgänglig för dem direkt – de betar av den med tiden. Biologisk nedbrytning kan därför ta dagar, eller längre. Så när vi mäter BOD för ett förorenat vattenprov, vi måste bedöma hur mycket syre som förbrukas (per liter vatten) under en viss tidsperiod. Standardtiden är vanligtvis fem dagar och vi hänvisar till detta värde som BOD5 (mg/L).

Som jag nämnde tidigare, rent vatten kanske bara har en koncentration av löst syre på upp till cirka sju till 10 mg/L. Så om vi lägger till organiskt material i en koncentration som har en högre BOD5 än detta, vi kan förvänta oss att det kommer att tömma koncentrationen av löst syre i omgivningen under de kommande fem dagarna.

Detta fenomen är huvudorsaken till att biologisk avloppsrening uppfanns. Rå (obehandlad) kommunalt avlopp kan ha en BOD5 på 300-500 mg/L. Om detta släpptes ut i en ren vattenväg, den typiska basnivån på 7-10 mg/L syre skulle förbrukas, lämnar inga tillgängliga för fiskar eller andra vattenlevande organismer.

Så syftet med biologisk avloppsrening är att odla massor av bakterier i stora tankar med avloppsvatten och förse dem med rikligt med syre för aerob andning. Att göra detta, luft kan bubblas genom avloppet, eller ibland används ytluftare för att rensa upp avloppsvattnet.

Genom att tillföra mycket syre, vi säkerställer att BOD5 förbrukas effektivt medan avloppsvattnet fortfarande finns i tankarna, innan det släpps ut i miljön. Välrenat avloppsvatten kan ha en BOD5 så låg som 5 mg/L, som sedan kan spädas ut ytterligare när det släpps ut i miljön.

När det gäller Darling-floden, den höga BOD-belastningen skapades av alger, som dog när temperaturen sjönk. Detta gav en fest för bakterier, sänka syre, som i sin tur dödade hundratusentals fiskar. Nu, om vi inte städar floden, de där ruttnande fiskarna kan bli foder för ytterligare en omgång bakterier, utlöser en andra syreminskningshändelse.

Den här artikeln är återpublicerad från The Conversation under en Creative Commons-licens. Läs originalartikeln.