I en av de kallaste, de torraste platserna på jorden, CU Boulder-forskare har utvecklat ett möjligt svar på ett långvarigt mysterium om strömflödets kemi, vilket kan ha breda konsekvenser för vattendelar och vattenkvalitet runt om i världen.

Den nya studien som genomfördes i Antarktis torra McMurdo Dry Valleys (MDV)-region undersökte det nästan allestädes närvarande fenomenet som strömmar i alla klimat, oavsett deras flödeshastighet, tenderar att upprätthålla en anmärkningsvärt konsekvent koncentration av lösta mineraler när de rör sig genom landskapet. Med andra ord, rörligt vatten behåller sin kemiska sammansättning oavsett om det går fort eller långsamt.

Antarktis är torrt, orörda förhållanden erbjuder ett strömlinjeformat – om än långt gående – naturligt laboratorium för att testa varför det är så.

"MDV-regionen ger idealiska hydrologiska studieförhållanden, sade Adam Wlostowski, huvudförfattare till studien och postdoktor vid CU Boulders Institute for Arctic and Alpine Research (INSTAAR). "Här, vi har bara en vattenkälla – glaciärsmälta – och inget djupt grundvatten, med permafrost som fungerar som en fysisk barriär för bäcken. Genom att begränsa antalet variabler, vi kan lära oss mycket."

Forskningen, detaljerat i journalen Geofysiska forskningsbrev , undersökte sju olika bäckar i Taylor Valley, där smältvatten rinner till istäckta sjöbassänger på bara timmar eller veckor, jämfört med månader eller år i Rocky Mountain-regionen. Som sådan, Antarktiska strömmar har mycket små möjligheter att stagnera i landskapet.

"Vi förväntade oss att vattnet vid bäckens utlopp skulle se ut som vattnet vid toppen av glaciären på grund av begränsad interaktion med mineraler, " sa Wlostowski. "Och vi trodde att när flödet gick upp, koncentrationen skulle minska. Det visade sig inte stämma. Det var liten eller ingen variation även med flödesförändringar."

Resultaten tyder på att höga nivåer av kemisk vittring - processen genom vilken fasta mineraler löses upp, ungefär som stensalt i en pöl med varmt vatten - är den primära mekanismen för detta strömflödesfenomen.

"Dessa antarktiska polära ökenströmmar är värd för några av de snabbaste kemiska vittringshastigheterna i världen eftersom deras bäddar består av färska sediment som bara ser vatten i 6-10 veckor per år, sa Michael Gooseff, en professor vid CU Boulders avdelning för civila, Miljö- och arkitekturteknik. "Det här är ytterligare en viktig lärdom vi har lärt oss om detta ekosystem som kan överföras till andra delar av världen."

Studien understryker värdet av långsiktig datainsamling, Wlostowski sa, vilket gör studiet av hydrologiska fenomen möjligt. I detta fall, han och hans kollegor använde sig av mer än 20 år av strömningsobservationer som samlats in av National Science Foundations McMurdo Dry Valleys Long?Term Ecological Research (LTER) Project, som har finansierat och stöttat CU Boulder-studenter och fakulteter i över två decennier.

Den nya studien bidrar till en hög nivå av förståelse för hur bäckar beter sig geokemiskt och belyser vikten av bäckkorridorer för att forma vattenkvaliteten innan den når sin slutpunkt.

"När klimat- och markanvändningsmetoderna förändras över hela världen, vi vill kunna förutsäga hur kvaliteten och kvantiteten på flodvattnet kan förändras som svar, " sa Wlostowski. "Vi kan tillämpa lärdomar från dessa relativt förenklade hydrologiska system i Antarktis på tempererade vattendelar, där de mänskliga konsekvenserna av miljöledning kan vara mycket högre."