Een aalscholver spettert rond in de Duke Stormwater Reclamation Pond terwijl Megan Fork, in de schaduw zitten onder de afdak aan het einde van de pier met collega Chelsea Clifford, neemt een pauze van het schrijven van haar Ph.D. stelling, "Stormwater en organische materie in het stedelijke stroomcontinuüm." Fork vertelt verhalen over regenwateronderzoek, die soms een beetje schurkenstaat.

"Veel van mijn werk bestaat uit het achtervolgen van de stormen als ze komen, " zegt Vork, wiens proefschrift ondernemingen vereist, zoals uitzoeken wat er uit de dakgoten van mensen komt direct nadat het heeft geregend. "Op zoek naar die eerste flush, zoals we het noemen" - de afvoer van de eerste minuten van een regenbui, water dat beladen is met wat er sinds de laatste regen in het vocht is gedrenkt. Wat betekent dat ze een netwerk van mensen heeft voorbereid, als ze hen laat weten dat het regent, om van hun bank te springen en weg te rennen om recipiënten te pakken die ze in de tuinen van gewillige huiseigenaren rond Durham heeft geplaatst om die eerste flush op te vangen, zodat ze ze kan proeven. Verloren in de plotselinge strijd, zo nu en dan, is duidelijkheid van dingen zo basaal als bestemming. Assistenten zijn af en toe op de verkeerde werven terechtgekomen, op zoek naar emmers die er niet zijn. Onbekende personen die 's nachts op de werven van de niet-aangemelde hoofdlampen dragen bij regenbuien, alarm kan veroorzaken. De politie is zelfs gebeld.

Het is niet bepaald Tony Stark's laboratorium van Iron Man, maar de wetenschap gaat waar ze moet, en als je de opkomende wetenschap van regenwater najaagt, dat is een emmer in iemands achtertuin tijdens een middernachtelijke regenbui. regenwater, natuurlijk, omvat alles, van de zachtste herfstmist tot de vele centimeters die een orkaan in een dag kan laten vallen. De zachte mist is meestal geen probleem, maar denk aan orkaan Matthew, die meer dan tien centimeter regen liet vallen op de ongeveer 300 vierkante mijl van Durham County. Dat gaf Durham genoeg regenwater om de Niagara-watervallen bijna acht uur lang aan de gang te houden. Alleen al de eroderende kracht van dat water in de geulen van Durham maakt het de moeite waard om over na te denken. Maar bedenk dan wat het met zich meebrengt:motorolie en remstof en bezonken emissiedeeltjes van auto's; kunstmest en pesticiden van gazons; plus huisdierenafval, afval, en al het andere. Ze banen zich allemaal een weg door onze straten, ravijnen, en alles in onze rivieren stroomt, van het straaltje van die mistige ochtend tot de stroom van de orkaan. En tot de laatste jaren, de meeste ingenieurs behandelden het als een probleem om van af te komen, en de meeste wetenschappers dachten er helemaal niet aan.

Dat is aan het veranderen. Fork's onderzoek naar organische materie in het stedelijke stroomcontinuüm, bijvoorbeeld, betekent uitvinden wat er gebeurt met, zeggen, de bladeren die in je goot terecht komen. Ze zitten daar, "trekkend als thee, " zoals Vork zegt, met micro-organismen die erop kauwen en het water bruin kleuren met opgelost organisch materiaal, voornamelijk koolstof maar ook nutriënten zoals stikstof en fosfor, vervuilende stoffen naar allerlei stedelijke stromen. "Op deze plekken kunnen allerlei biologische processen plaatsvinden met bacteriën, " zegt ze. "Elk van die plaatsen is mogelijk iets verwijderen of iets toevoegen, zodat je het gecombineerde signaal krijgt als je bij de stream komt, " waar wetenschappers traditioneel met hun metingen zijn begonnen. "Veel van mijn werk omvat gebouwde infrastructuur en zegt:'Wat kunnen we leren als we ecologische methoden en conceptuele modellen toepassen?' Het kijkt ernaar en zegt:'Wat gebeurt er op deze plek?' "

Fork meet in de goten van mensen, staande taille-diep in vangbakken op voorstedelijke straten. De ophoping van vochtige bladeren in opvangbakken zorgt voor zuurstofarme omstandigheden, "Dus ik denk dat we daar beneden heel veel coole biogeochemie kunnen krijgen." Ze gaat waar het regenwater eerst gaat, niet alleen waar het eindigt, plagen wat waar gebeurt.

Universitair docent ecosysteemecologie en ecohydrologie Jim Heffernan, scriptieadviseur van Fork, keurt goed. "Dat is een voorbeeld van eigenlijk, [hoe] we op het punt zijn dat we elementaire ecologie in de steden moeten doen, "zegt hij. Zijn laboratorium, een van de vier die het Duke River Center vormen, onderzoekt allerlei problemen die rivieren aangaan, met inbegrip van "processen die regenwater genereren in het stedelijk landschap en de chemische samenstelling ervan beïnvloeden, en we bestuderen ook de gevolgen daarvan stroomafwaarts."

Hoewel wetenschappers traditioneel de ecologie van plaatsen zoals voorgazons en dakgoten hebben verdisconteerd, ze zijn de afgelopen jaren wakker geworden met de gebouwde omgeving als onderwerp van studie - en niet alleen om te zien hoe het het milieu schaadt. "We proberen niet alleen te begrijpen hoe we steden ontwerpen om minder vervuiling te veroorzaken, " hij zegt, "maar wat is de ecologie van steden? Vorig jaar had de Ecological Society of America haar honderdjarige bijeenkomst, en stedelijke ecologie was all over the place." Zijn recente publicatiebijdragen omvatten werk aan de stedelijke gazonverzorging (werk aan duurzaamheid zal een andere aanpak moeten hebben aangezien iedereen andere ideeën heeft over bemesting en irrigatie) en over de waarden die stadsbewoners ervaren die ze krijgen van de ecosystemen die hen omringen (mensen in het zuiden waarderen de verkoelende effecten en esthetiek van hun gazons meer dan die in het noorden, waar mensen de voorkeur geven aan gazons die niet veel werk vergen.)

Het onderscheid tussen gazons en velden vervagen, tussen goten en rivieren heeft alleen zin, hij zegt. "Er is echt niet zoveel landschap meer waar we geen controle over hebben." Dat Antropoceen waar we allemaal over hebben gehoord, het tijdperk waarin menselijke activiteit de overheersende invloed heeft gehad op klimaat en milieu? Het is overal, en als de regen valt, regendruppels landen op een omgeving die wordt beïnvloed door mensen. Regen is de bron van leven:het laadt watervoerende lagen op en vult rivieren en meren, hoewel het ook alles met zich meedraagt ​​wat het onderweg tegenkomt. Regenwater is wat we drinken, eventueel, en we moeten het begrijpen. En Heffernan en zijn afstudeerders zijn niet de enige mensen bij Duke bij de zaak.

"Het is niet echt regenwater, " zegt hoogleraar hulpbronnenecologie Curt Richardson, oprichter en directeur van het Duke University Wetland Centre in de Nicholas School of the Environment. "Het is regenwater. De reden dat we het regenwater noemen, is omdat ingenieurs het te pakken hebben gekregen en in leidingen hebben gestopt." Regenwater laat het klinken als afvalwater, dat uit de riolering in uw huis komt en een zuiveringsinstallatie nodig heeft voordat het veilig in het milieu kan komen. Storm... eh, regenwater komt uit de lucht en is in de omgeving tegen de tijd dat we het inhalen. "Je hoeft regenwater niet te behandelen zoals je afvalwater behandelt, ' zegt Richardson.

Maar je moet er wel over nadenken. In de eerste plaats, regenwater brengt al het spul dat het onderweg tegenkomt naar de rivieren:chemische verontreinigende stoffen zoals de meststoffen en onkruidverdelgers en antischimmelmiddelen die mensen op die gazons aanbrengen, bijvoorbeeld. En nog veel meer:​​remstof en uitwerpselen van huisdieren en luchtverontreinigende stoffen die op de grond zijn neergeslagen, nanodeeltjes die via uitlaatgassen van voertuigen in het milieu terechtkomen, en afgedankte snoeppapiertjes en Bud Light-blikjes die uiteindelijk door de regen worden meegespoeld. Al die afvalplekken in de oceanen? De meeste van die plastics werden niet gedumpt door boosdoeners vanaf schepen en olieplatforms; ze spoelden gewoon in de oceanen van onze werven en straten.

Dus als Richardson zegt dat je regenwater niet hoeft te behandelen (we blijven het regenwater noemen omdat zowat iedereen behalve Richardson dat doet), hij heeft gelijk, maar hij weet als geen ander dat je het echt moet, zoals hij heeft. Hij creëerde de SWAMP - het Stream &Wetland Assessment Management Park, een veertien hectare groot herstel van de Sandy Creek-waterscheiding die Duke's West Campus en 1, 200 omliggende hectaren. Het SWAMP-project in vijf fasen ging van start in 2004 en werd voltooid in 2012 en volgde op Richardsons werk in wetlands in China en de Florida Everglades.

De SWAMP functioneert nu als een soort buitenlaboratorium, het hosten van tientallen onderzoeksprojecten per jaar. Elk nummer van de "Wetland Wire, " een nieuwsbrief die een paar keer per jaar wordt uitgegeven door het Wetlands Center, bevat een lijst van artikelen die zijn gepubliceerd door centrumonderzoekers en gelieerde ondernemingen, waarvan vele zich richten op op SWAMP gebaseerd onderzoek. anno 2015, bijvoorbeeld, Richardson en medewerkers publiceerden een artikel over hoe de habitatverschillen tussen herstelde en niet-herstelde stromen de schildpaddenpopulaties beïnvloedden (de schildpadden lijken de herstelde soorten leuk te vinden) en de bron van kwikvervuiling in de SWAMP (waarschijnlijk percolaat van antischimmelmiddelen die ooit op stroomopwaartse atletiekvelden werden gespoten) .

Richardson schat tussen de 500 en 800 Duke-studenten, bachelor en afgestudeerd, elk jaar een of ander werk doen in de SWAMP, en ze komen niet alleen uit wetenschappelijke laboratoria; De lessen Engels en kunst maken gebruik van de SWAMP, evenals ecologie- en biologielessen. Elk jaar bezoeken busladingen Durham-schoolkinderen de SWAMP, te.

Bovendien, het werkt. Volgens onderzoek dat Richardson heeft gepubliceerd, de SWAMP vermindert de stikstofbelasting in Sandy Creek met 64 procent en het totale fosfor met 28 procent. In plaats van snelstromend water dieper en diepere greppels te snijden voor de kreek en slib mee te voeren naar het onrustige Jordaanmeer, de SWAMP ondersteunt precies het tegenovergestelde:het laat 488 ton sediment per jaar bezinken, in plaats van in het Jordaanmeer te stromen. Ongeveer 113 soorten, verdrievoudigd van vroeger, bezoek nu de SWAMP, waaronder de Amerikaanse roerdomp, waarvan Richardson niet zeker weet of hij ooit de kreek heeft bezocht voordat hij werd schoongemaakt. Macroinvertebraten - vliegenlarven, libellen, en dergelijke - zijn verdrievoudigd, te, en je kunt nu tien soorten vissen in de Sandy vinden, het dubbele van wat de kreek in 2004 ondersteunde.

"Waterkwaliteit, biodiversiteit, opleiding, Onderzoek, "zegt hij. "We hebben er veel profijt van."

Terwijl Megan Fork haar werk als regenwaterjager bespreekt, ze zit op een pier boven de Duke Reclamation Pond, een vijf hectare grote regenwatervijver op een terrein van 12,5 hectare dat, zoals de SWAMP, uiteindelijk ten goede is gekomen aan studenten, onderzoekers, de Kreek, en de gemeenschap. De vijver werkt net als de SWAMP:het vertraagt ​​het water om tijd te geven voor bezinking en natuurlijke processen.

Maar de vijver heeft zijn oorsprong als niets meer dan een duur probleem. In 2007-2008, een extreme droogte verlaagde de reservoirs en bracht Duke in de situatie dat het op de weg moest kijken naar de mogelijkheid om zijn capaciteit om zijn gebouwen te koelen te beperken. Duke koelt zijn gebouwen met koelinstallaties, die lijken op enorme airconditioners die water koelen en door leidingen naar gebouwen over de hele campus leiden. Het gebruik van een krimpende voorraad drinkwater voor airconditioning zou op de lange termijn niet werken, zegt James Caldwell, adjunct-directeur voor watervoorraden en infrastructuur bij de John R. McAdams Company, het ingenieursbureau dat grote hemelwateronderzoeken doet voor de universiteit. "Het was oorspronkelijk bedoeld om opgevangen regenwater te leveren als een probleem met de capaciteit, " zegt Caldwell. Dat wil zeggen, het afdammen van de zijrivier van de kreek die 22 procent van West Campus drooglegde, zou een vijver creëren die Duke's koelinstallatie nummer 2 zou kunnen bevoorraden, die, met 200 miljoen gallons water per jaar, is de grootste watergebruiker in Durham. Het had alleen maar zin.

"Toen realiseerden we ons dat we het konden gebruiken voor het vasthouden van piekstroom en het verwijderen van voedingsstoffen." Dat is, Duke heeft verplichtingen om zijn regenwater te beheren voor elk nieuw project dat het creëert. In het geval van de vijver door de stroom te vertragen en de verwijdering van voedingsstoffen mogelijk te maken, kan Duke de verwijdering van voedingsstoffen voor andere projecten "bankieren", het besparen van de kosten van het ontwikkelen van voorzieningen voor het beheer van regenwater voor toekomstige ontwikkeling en het bieden van een bron van gratis water. Voeg de vijver toe als een nieuwe kans voor onderzoek en recreatie, met een pad eromheen en plekken om te zitten zoals de pier, en je begint regenwater als een kans te zien, geen probleem.

Opnieuw, dat is niet de traditie met betrekking tot regenwater, zoals blijkt uit een aantal oudere elementen van Duke's campus. Edens quad, een groep slaapzalen op de West Campus gebouwd in een overstromingsgebied in 1966, herbergden de kleine zijrivier waarop ze zijn gebouwd door simpelweg de loop van de kreek te bekleden met hertogsteen. regenwater, vol vervuilende stoffen, door het kanaal zou racen op weg naar het Jordaanmeer, maar het was in ieder geval weg. Soms Duke's versie van de L.A. River genoemd, de verharde kreek kan niet doen wat de kreek doet als hij door het SWAMP gaat - zwellen met regenwater, het verspreiden van water om zich langs de uiterwaarden te vestigen, het vertragen, absorptie stimuleren.

Kijk nu eens naar de verharde kreek en je ziet dat de natuur zich heeft teruggetrokken; Moerascipressen hebben wortels naast de kreek, cipres knieën duwen omhoog door steen en aarde in het kanaal. De knieën haken langs passerende bladeren, dennennaalden, en afval, soms zelfs takken; dat creëert kleine dammen en uiteindelijk poelen. Kleine vissen schieten in het water in de buurt van waar het kanaal direct onder de gebouwen doorloopt. De stenen bodem laat geen water in de aarde sijpelen, en de volgende grote regen zal alle verontreinigende stoffen stroomafwaarts wegspoelen:geen opname van voedingsstoffen door planten, geen slibretentie, het grondwater niet belasten. Maar het is leerzaam om te zien hoe hard de natuur werkt om van dit verharde kanaal iets nuttigs te maken, iets dat het herkent als een stroom.

Het verkennen van plaatsen waar de natuur zelf nuttig werk probeert te doen, is de bevoegdheid van Chelsea Clifford, nog een van Jim Heffernans afgestudeerde studenten. Als Forks interesse in dakgoten de grenzen van de wetenschap leek te verleggen, wat te denken van Cliffords focus op de alledaagse greppel langs de weg? "Ik probeer erachter te komen onder welke omstandigheden sloten kunnen functioneren als natuurlijke ecosystemen, zoals wetlands of beekjes, "zegt ze. Ze is aan het bemonsteren wat ze vindt in greppels langs de weg op de snelweg, landbouw, en bosgebieden. "Ze zijn niet zo goed als natuurlijke wetlands, " ze zegt, "maar ze zijn een echt ecosysteem."

Loop langs een landelijke weg en je ziet vaak, waar water neerslaat in de buurt van de leidingen die onder opritten lopen, zonnige kleine moerassige ecosystemen die opgroeien rond regenwater. Doordat sloten langs de weg worden gemaaid, Clifford zegt, ze worden "in deze vroege opeenvolging gehouden, boomloze fase." Ze ziet grassen als bezemzegge en naaldbies, die vroege sloot gentrifers zijn. Als de grassen er zijn, sloten ondersteunen kikkers, macroongewervelden, en zelfs reptielen. En gezien het complexe samenspel van de soort, ze doen ecosysteemwerk, te.

Komt uit de goten, Vork zegt, regenwater heeft concentraties opgeloste organische stof die ze beschrijft met behulp van de wetenschappelijke term 'gekke bananen' - vijf of zes keer de niveaus die worden aangetroffen in zwartwaterrivieren in Florida, die als de gouden standaard zijn voor hoge niveaus van opgeloste organische stof. Een collega van Clifford die denitrificatie in sloten deed, ontdekte dat sloten aanzienlijke hoeveelheden stikstof en fosfor afvoeren. "Dus in sloten en andere plaatsen waar een organisch substraat is, ' zegt Clifford, "er is daadwerkelijke vermindering van verontreinigende stoffen."

De natuur neemt onze gebouwde omgeving en manipuleert deze voor haar eigen doeleinden. Wil Wilson, universitair hoofddocent biologie, wiens oorspronkelijke onderzoek zich richtte op wiskundige evolutionaire ecologie, heeft de afgelopen jaren zijn aandacht gericht op hemelwater en de gebouwde omgeving, het ontwikkelen van een cursus rond zijn Constructed Climates:A Primer on Urban Environments en dit jaar publiceerde hij Stormwater:A Resource for Scientists, Ingenieurs, en beleidsmakers. Net als Richardson, hij verwerpt het perspectief van regenwater als iets dat je in leidingen of vijvers moet stoppen. Hij pakt het regenwater het liefst aan bij de vele bronnen, voordat het stromen wordt met een volume dat groot genoeg is om leidingen nodig te hebben. Groenbouwtechnieken:groene daken, regen vaten, stortbakken — zullen helpen. "Elke hectare land moet zeggen:'Ik ga geen extra regenwater exporteren.' Maar steden zijn precies het tegenovergestelde daarvan."

Hij merkt op dat zelfs het best gebouwde wetland zal worden overspoeld door meer dan een centimeter of zo regen. Orkaan Matthew was net voorbij, meer dan tien centimeter regen op Durham laten vallen. Wilson haalde zijn schouders op. "Het is neerslag. Je moet het bij de bron doen. Want zodra je water opvangt, jij hebt een probleem."

Wilson ziet regenwater als een alles-van-de-boven-situatie. Groene daken om het op te vangen, regentonnen om het op te bergen, wetlands om het te vertragen, maar regenwaterleidingen en stortbakken en retentievijvers voor als er gewoon teveel van is. En dan, daarachter, komt een leger van afgestudeerde studenten en wetenschappers klaar om het te analyseren. Soms werken met de natuur, met ondernemingen als de SWAMP of de nieuwe vijver. Soms bijna tegen de natuur in, op plaatsen zoals goten en greppels langs de weg en zelfs de verharde, steenzijdige kanaal van de kreek onder Edens Quad.

"We denken omdat we ze hebben gebouwd dat ze er alleen zijn voor utilitaire doeleinden, " Vork zegt, niet alleen over haar goten en Cliffords sloten, maar ook over de SWAMP en de vijver en allerlei bebouwde omgevingen.

"Maar er is van alles aan de hand."