Kan pumpa syrerikt ytvatten ner i sjöarnas djup, flodmynningar, och kustnära havsvatten hjälpa till att förbättra farliga döda zoner? Nytt verk som leds av Carnegies David Koweek och Ken Caldeira och publiceras med öppen tillgång av Vetenskap om den totala miljön säger ja, även om de varnar för att ytterligare forskning skulle behövas för att förstå eventuella biverkningar innan ett sådant tillvägagångssätt implementeras.

När överskott av näringsämnen från jordbruk och andra mänskliga aktiviteter sköljer ut i vattendrag, det kan skapa ett farligt fenomen som kallas eutrofiering. Detta kan leda till döda zoner med låg syrehalt som kallas hypoxi.

"Döda zoner med låg syrehalt är ett av de mest genomgripande problemen som plågar både marina och sötvattensystem runt om i världen och ett stort problem för samhällen som är beroende av fiske, " sa Koweek.

Insatser för att bekämpa hypoxi fokuserar ofta på att minska avrinning från jordbruket och på att förhindra att näringsämnen överbelastas i vattendrag. Men det här är en mycket långsam process som involverar förändrade jordbruksmetoder, uppgradering av avloppsvattenreningsanläggningar, och ändra användningen av gödselmedel i hemmet.

Koweek och Caldeira ledde ett team som undersökte ett föreslaget tekniskt botemedel, kallas downwelling, som skulle kunna komplettera program för att minska näringsämnen. Detta innebär att man pumpar naturligt mer syresatt vatten från ytan ner i djupet av den drabbade vattenmassan.

"I teorin, downwelling skulle skapa vertikal blandning i vattnet, distribuera syre och förhindra hypoxiska tillstånd från att få fäste, " Koweek förklarade. "Vi ville testa den här idén och se om den verkligen skulle fungera."

Teamet byggde modeller för att jämföra downwelling med de två vanligaste tekniska teknikerna för att förhindra döda zoner – bubbla syre från botten och spruta fontänvatten över ytan. Deras modeller indikerar att downwelling skulle vara tre till 100 gånger effektivare än bubbling och 10, 000 till en miljon gånger effektivare än fontäner.

De gjorde sedan ett fältexperiment vid Searsville Reservoir i Woodside, Kalifornien, som visade att downwelling kunde öka syremättnaden i det omedelbara området kring pumparna med mellan 10 och 30 procent, tillräckligt för att lindra hypoxisk stress för många marina organismer. Dock, denna sträckte sig inte längre än en handfull meter bortom närheten av rören genom vilka ytvattnet pumpades. Detta innebär att ett omfattande nätverk skulle behövas för varje större insats för att bekämpa döda zoner i ett ekonomiskt viktigt eller ekologiskt känsligt område.

Enligt forskarna, deras arbete indikerar att downwelling-teknik kan visa potential att skala upp till större områden där årliga döda zoner skapar stor ekologisk och ekonomisk nöd, såsom Chesapeake Bay eller Mexikanska golfen. De uppskattar att energin som krävs för att driva pumparna kan kosta tiotals miljoner dollar varje år. Att driva downwellpumpar året runt i Chesapeake kan kosta mellan $4 och $47 miljoner; I viken, detsamma kan kosta mellan 26 och 263 miljoner dollar.

Men dessa prislappar är relativt små jämfört med kostnaderna för uppgraderingar av reningsanläggningar för avloppsvatten och program för minskning av gödselmedel som begränsar tillförseln av näringsämnen till vattendragen. Detta tyder på att downwelling-teknik kan användas tillsammans med långsiktiga planer för att minska näringsföroreningar.

"Att minska näringsföroreningar är det enda sättet att eliminera hypoxi permanent, " sade Calderia. "Men, vårt arbete visar att downwelling är en teknisk lösning som kan minska risken för döda zoner med låg syrehalt medan strategier för hantering av näringsämnen införs."