Med en blick, det glittrande vattnet i södra Kaliforniens kust verkar friskt. Men ett djupare dyk i vattnets kemiska sammansättning avslöjar höga alger och låga syrehalter.

De uppskattningsvis 23 miljoner människor som bor längs kusten från Tijuana, Mexiko, till Santa Barbara, Kalifornien, producera massor av avloppsvatten varje dag. Det avloppet behandlas av vattenreningsanläggningar för att avlägsna några av de potentiellt skadliga kemikalierna och släpps sedan ut djupt under havets yta.

Men även efter att det har behandlats, avloppet innehåller fortfarande kväve. Och experter hade antagit att eftersom avloppsvattnet injiceras så djupt under ytan – cirka 50 meter, eller 164 fot - när den nådde vattenytan, det återstående kvävet skulle spädas tillräckligt för att inte orsaka några allvarliga negativa konsekvenser.

Men i en ny studie, UCLA -forskare fann att kväve i behandlat avloppsvatten driver en massiv tillväxt av oceaniska alger och förlust av syre, vilket sannolikt kommer att få bestående effekter på regionens ekosystem. Från 1997 till 2000, till exempel, tillväxten av mikroskopiska marina alger som kallas växtplankton var 79 % högre än den skulle ha varit utan kväve från mänskligt avloppsvatten i vattnen längs kusten från Baja California Peninsula till Santa Barbara.

Problemet uppstår till stor del eftersom sötvatten från avloppsvatten är mindre tät än havsvattnet det sprutas in i, som får avloppsvattnet att stiga upp till ytan, där växtplankton lever. Fenomenet förstärks av kraftfull uppströmning längs kusten – en process där kyla, näringsrikt vatten stiger upp till ytan för att ersätta vatten som drivs undan av vinden. Växtplankton använder kväve för att växa, och överskottet av kväve från avloppsvattnet gör att växtplankton växer i en mycket högre hastighet än naturligt - en process som kallas övergödning.

När växtplankton sönderfaller, de förbrukar syre från vattnet, lämnar fläckar av havet med låg syrehalt där det är svårt för marina djur att överleva. Fenomenet har främst observerats på grund av avrinning från jordbruksmiljöer, men UCLA-studien är en av de första som visar att problemet kan uppstå på grund av det avfall som produceras av människor som bor i städer.

"Tanken att en storstad vid en kust utsatt för starka strömmar skulle kunna uppleva övergödning är väldigt ny, sa James McWilliams, studiens huvudförfattare, UCLA:s Louis B. Slichter professor i geofysik och planetfysik och medlem av UCLA Institute of the Environment and Sustainability.

Flera byråer samlar in kemiska prover av södra Kaliforniens kustvatten på säsongsbasis, vilket gör det till ett av de bäst övervakade kustekosystemen i världen. Så forskare visste att havets kemi förändrades - och förändringen orsakades av en kombination av mänskligt avloppsvatten, koldioxidutsläpp, och uppväxten som inträffar varje vår och sommar, bränsle till växtplanktonblomningen.

Men forskare hade inte kunnat säga vilka proportioner av förändringarna som orsakades av var och en av dessa faktorer.

I den nya studien, McWilliams och hans team reder ut effekterna av var och en av de olika effekterna, att finna att 97% av kvävet som tillförs havet från mänskliga källor kommer från avloppsvatten. Forskarna skapade en datormodell för att rekonstruera mängderna lokala näringsämnen från floder, avloppsvatten och regn som går ut i havet, och redogöra för hur komplexa oceaniska och atmosfäriska processer påverkar hur dessa näringsämnen påverkar vattnets kemi.

För att bekräfta modellens noggrannhet, forskarna kontrollerade sina resultat mot fältobservationer och satellitmätningar från samma tidsperiod.

Forskarna körde modellen under två scenarier - ett som antog naturliga förhållanden utan tillsatt kväve och ett som inkluderade kväve från avloppsvatten, floder och atmosfären. När de två simuleringarna jämfördes, forskarna fann att det skulle vara hälften så mycket växtplankton om mänsklig förorening avlägsnades.

Fayçal Kessouri, en postdoktor vid UCLA, ledde studien; andra författare är från University of Washington, National Oceanic and Atmospheric Administration och Southern California Coastal Water Research Project.

Studien kan inspirera till rekommendationer för att förbättra kvävebehandlingen i mänsklig avfallshantering. Dock, enligt Daniele Bianchi, en UCLA biträdande professor i atmosfäriska och oceaniska vetenskaper och medförfattare till studien, ett hinder för att förbättra dagens praxis är att nuvarande avloppsrening för att avlägsna kväve från avlopp är mycket kostsamt. Han sade att förbättra system för återanvändning av avloppsvatten eller använda kelp för att ta bort kemikalier kan vara billigare alternativ.

Mer forskning pågår för närvarande för att förstå hur eutrofieringen påverkar södra Kaliforniens marina liv.

Studien publiceras i tidskriften Proceedings of the National Academy of Sciences .