En ny metod för att rekonstruera förändringar i kvävekällor över tiden har gjort det möjligt för forskare att koppla samman överskott av näringsämnen i kustvattnen i västra Maui, Hawaii, till en reningsanläggning som sprutar in renat avloppsvatten i marken.

Algblomning och nedbrytning av korallrev längs Mauis kust har tillskrivits näringsföroreningar, och tidigare studier har föreslagit att Lahaina Wastewater Reclamation Facility är en viktig källa till överflödiga näringsämnen i kustvatten. Tidigare experiment med färgämnesspårare visade en direkt koppling mellan anläggningens injektionsplats och små ubåtssippor som släpper ut sötvatten nära korallreven. Men det finns många potentiella kvävekällor, och det har varit svårt att visa att överskottet av kväve i vattnet kommer från reningsverket.

"De hade ingen rökpistol för att säga att kvävet kom från avloppet, sa Adina Paytan, en forskningsprofessor vid Institutet för marina vetenskaper vid UC Santa Cruz.

Paytan och UCSC doktorand Joseph Murray arbetade med U.S. Geological Survey-forskarna Nancy Prouty och Sara Peek på den nya studien, publicerad 3 april in Vetenskapliga rapporter .

"Medan utsläpp av undervattens grundvatten är en naturlig process, människor förändrar vattnets sammansättning, göra reven sårbara för aktiviteter vi gör på land, "Sa Prouty.

Forskarna utvecklade en procedur för att analysera kväveisotoper som ingår i kristallstrukturen hos korallskelett. Koraller lägger ner nytt skelettmaterial i lager som kan ses i tvärsnitt och dateras som trädringar. Detta gjorde det möjligt för forskarna att korrelera förändringar i kväveisotoper i korallerna med förändringar i driften av avloppsvattenanläggningen.

Förutom konsekvenserna för att hantera näringsföroreningar i Maui, de nya rönen visar kraften i denna teknik för att spåra historiska förändringar av näringsämnen i havsvatten.

"Det är ett mycket exakt och högupplöst sätt att registrera tidigare näringsföroreningar i havsvatten, vilket är ett stort problem globalt, ", sade Paytan. "Det öppnar upp en hel del möjligheter för att titta på historiska kväveföroreningar och andra förändringar i kvävekällor över tiden. Och du behöver inte använda korall – du kan också använda musselskal, till exempel."

i Maui, forskarna samlade in kärnor från koraller på platser nära ubåtssläckarna. Deras analys gav ett 40-årigt rekord av kväveisotoper inkorporerade i korallskeletten. Resultaten visade en dramatisk förändring i isotoperna efter 1995, motsvarande genomförandet av en biologisk process för borttagning av näringsämnen vid Lahainas avloppsåtervinningsanläggning.

Paytan förklarade att processen för avlägsnande av näringsämnen företrädesvis tar bort lättare isotoper av kväve, så det återstående kvävet anrikas i den tyngre kväve-15 isotopen.

"Det finns ingen annan process som skulle resultera i denna signatur, så det måste vara från avloppet, "sa hon." Även om behandlingsprocessen tar bort en del av kvävet, det finns så mycket i avloppet att det fortfarande är mycket kvar, och när de injicerar det i grundvattnet hamnar det i kustvatten. "

I februari, USA:s högsta domstol gick med på att pröva ett mål som rör Lahaina Wastewater Reclamation Facility och Clean Water Act, med potentiellt långtgående konsekvenser för federalt miljöskydd.