science >> Wetenschap >  >> Natuur

Is er een technologische oplossing voor aquatische dode zones?

Downwelling veldexperiment bij Searsville Reservoir in Woodside, Californië, waarop de leidingen te zien zijn waardoor zuurstofrijk oppervlaktewater de diepte in wordt gepompt om de vorming van gevaarlijke, zuurstofarme dode zones. Krediet:Nona Chiariello.

Zou zuurstofrijk oppervlaktewater in de diepten van meren kunnen pompen, estuaria, en kustwateren van de oceaan gevaarlijke dode zones helpen verbeteren? Nieuw werk onder leiding van Carnegie's David Koweek en Ken Caldeira en open access gepubliceerd door Wetenschap van de totale omgeving zegt ja, hoewel ze waarschuwen dat verder onderzoek nodig zou zijn om eventuele bijwerkingen te begrijpen voordat een dergelijke benadering wordt geïmplementeerd.

Wanneer overmatige voedingsstoffen uit de landbouw en andere menselijke activiteiten in waterwegen spoelen, het kan een gevaarlijk fenomeen veroorzaken dat eutrofiëring wordt genoemd. Dit kan leiden tot zuurstofarme dode zones die hypoxie worden genoemd.

"Zuurstofarme dode zones zijn een van de meest doordringende problemen die zowel mariene als zoetwatersystemen over de hele wereld teisteren en een groot probleem voor gemeenschappen die afhankelijk zijn van de visserij, ' zei Koweek.

Inspanningen om hypoxie te bestrijden zijn vaak gericht op het verminderen van de afvoer van landbouwproducten en het voorkomen van overbelasting van nutriënten in waterwegen. Maar dit is een zeer langzaam proces waarbij landbouwpraktijken moeten worden gewijzigd, verbetering van afvalwaterzuiveringsinstallaties, en het veranderen van het gebruik van thuisbemesting.

Koweek en Caldeira leidden een team dat een voorgestelde technologische remedie onderzocht, downwelling genoemd, die een aanvulling zouden kunnen zijn op programma's voor het verminderen van nutriënten. Dit houdt in dat van nature meer zuurstofrijk water van het oppervlak naar de diepten van het aangetaste water wordt gepompt.

"In theorie, downwelling zou verticale menging in het water veroorzaken, zuurstof verdelen en voorkomen dat hypoxische aandoeningen zich voordoen, Koweek legde uit. "We wilden dit idee testen en kijken of het echt zou werken."

Een video die laat zien hoe downwelling zuurstofrijk oppervlaktewater naar de diepten van een watermassa pompt om dode zones te bestrijden. Krediet:Clara Garcia-Sanchez

Het team bouwde modellen om downwelling te vergelijken met de twee meest gebruikte technologische technieken om dode zones te voorkomen:zuurstof uit de bodem borrelen en fonteinwater over het oppervlak sproeien. Hun modellen geven aan dat downwelling drie tot 100 keer efficiënter zou zijn dan borrelen en 10, 000 tot een miljoen keer efficiënter dan fonteinen.

Vervolgens deden ze een veldexperiment in het Searsville Reservoir in Woodside, Californië, wat aantoonde dat downwelling de zuurstofverzadiging in de directe omgeving van de pompen met tussen de 10 en 30 procent zou kunnen verhogen, genoeg om hypoxische stress voor veel mariene organismen te verlichten. Echter, deze reikte niet verder dan een handvol meters buiten de nabijheid van de leidingen waardoor het oppervlaktewater werd gepompt. Dit betekent dat een uitgebreid netwerk nodig zou zijn voor elke grote inspanning om dode zones in een economisch belangrijk of ecologisch kwetsbaar gebied te bestrijden.

De onderzoekers voerden een veldexperiment met neerwaartse stroming uit in het Searsville Reservoir in Woodside, Californië. Zuurstofrijk oppervlaktewater werd de diepte in gepompt om de vorming van gevaarlijke, zuurstofarme dode zones. Krediet:Nona Chiariello.

Volgens de onderzoekers is hun werk geeft aan dat downwelling-technologie potentieel kan laten zien om op te schalen naar grotere gebieden waar jaarlijkse dode zones grote ecologische en economische problemen veroorzaken, zoals de Chesapeake Bay of de Golf van Mexico. Ze schatten dat de energie die nodig is om de pompen aan te drijven tientallen miljoenen dollars per jaar kan kosten. Het hele jaar door gebruiken van downwelling-pompen in de Chesapeake zou tussen de $ 4 en $ 47 miljoen kunnen kosten; In de Golf, hetzelfde zou tussen $ 26 en $ 263 miljoen kunnen kosten.

Maar deze prijskaartjes zijn relatief klein in vergelijking met de kosten van upgrades van afvalwaterzuiveringsinstallaties en programma's voor het verminderen van meststoffen die de toevoer van nutriënten naar de waterlichamen beperken. Dit suggereert dat downwelling-technologie kan worden gebruikt naast plannen voor de langere termijn om de vervuiling door nutriënten te verminderen.

"Het verminderen van de vervuiling door nutriënten is de enige manier om hypoxie permanent te elimineren, "Zei Calderia. "Echter, ons werk laat zien dat downwelling een technologische oplossing is die het risico van zuurstofarme dode zones kan verminderen, terwijl strategieën voor nutriëntenbeheer worden ingevoerd."