Door heel Noord-Amerika, beken en rivieren worden zouter, dankzij wegontkalkers, meststoffen en andere zoute verbindingen die mensen indirect in waterwegen afgeven. Tegelijkertijd, zoetwatervoorraden worden alkalischer.

Zout, alkalisch zoetwater kan grote problemen veroorzaken voor de drinkwatervoorziening, stedelijke infrastructuur en natuurlijke ecosystemen. Bijvoorbeeld, wanneer Vuursteen, Michigan, schakelde zijn primaire waterbron in 2014 over naar de Flint River, de hoge zoutbelasting van de rivier in combinatie met chemische behandelingen om het water corrosiever te maken, waardoor lood uit waterleidingen loogt en de goed gedocumenteerde watercrisis van die stad ontstond.

Een nieuwe studie onder leiding van onderzoekers van de Universiteit van Maryland is de eerste die langetermijnveranderingen in zoetwaterzoutgehalte en pH op continentale schaal beoordeelt. Gebaseerd op gegevens die de afgelopen 50 jaar zijn vastgelegd op 232 U.S. Geological Survey-meetlocaties in het hele land, de analyse laat een significante toename zien in zowel verzilting als alkalisering. De onderzoeksresultaten suggereren ook een nauw verband tussen de twee eigenschappen, met verschillende zoutverbindingen die samen meer schade aanrichten dan enig zout op zichzelf.

De analyse, wat gevolgen heeft voor zoetwaterbeheer en zoutreguleringsstrategieën in de Verenigde Staten, Canada en daarbuiten, verscheen op 8 januari 2018 Vroege editie van de Proceedings van de National Academy of Sciences . Onderzoekers van het Cary Institute of Ecosystem Studies, de Universiteit van Connecticut, de Universiteit van Virginia en Chatham University waren co-auteur van de studie.

"We hebben de naam 'Zoetwaterverziltingssyndroom' gecreëerd omdat we ons realiseerden dat het een reeks effecten is op de waterkwaliteit, met veel verschillende zoutionen met elkaar verbonden. Dat wisten we nog niet, " zei Sujay Kaushal, een professor in de geologie aan de UMD en hoofdauteur van de studie. "Veel mensen gaan ervan uit dat wanneer je zout op het landschap aanbrengt, het gewoon wegspoelt en verdwijnt. Maar zout hoopt zich op in de bodem en het grondwater en het duurt tientallen jaren om weggespoeld te worden."

De onderzoekers documenteerden scherpe chemische veranderingen in veel van de grote rivieren van het land, inclusief de Mississippi, Hudson, Potomac, Neus, Canadese en Chattahoochee-rivieren. Veel van deze rivieren leveren drinkwater voor nabijgelegen steden en dorpen, waaronder enkele van de dichtstbevolkte stedelijke centra langs de oostkust.

Volgens Kaushal, het meeste onderzoek naar verzilting van zoet water heeft zich gericht op natriumchloride, beter bekend als tafelzout, wat ook de dominante chemische stof is in wegde-icers. Maar op het gebied van scheikunde zout heeft een veel bredere definitie, omvat elke combinatie van positief en negatief geladen ionen die dissociëren in water. Enkele van de meest voorkomende positieve ionen die in zouten worden aangetroffen, waaronder natrium, calcium, magnesium en kalium - kunnen bij hogere concentraties schadelijke effecten hebben op zoet water.

"Deze 'cocktails' van zouten kunnen giftiger zijn dan slechts één zout, omdat sommige ionen andere ionen kunnen verdringen en vrijgeven uit bodems en rotsen, het probleem verergeren, " zei Kaushal, die ook een aanstelling heeft in het Earth System Science Interdisciplinair Centrum van UMD. "Ecotoxicologen beginnen dit nu pas te begrijpen."

De huidige studie is de eerste die tegelijkertijd rekening houdt met meerdere zoutionen in zoet water in de Verenigde Staten en Zuid-Canada. De resultaten suggereren dat zoutionen, op zichzelf al schadelijk, drijven ook de pH van zoet water op, waardoor het meer alkalisch wordt. Gedurende de periode die door het onderzoek wordt bestreken, de onderzoekers concludeerden dat 37 procent van het afwateringsgebied van de aangrenzende Verenigde Staten een significante toename van het zoutgehalte ervoer. alkalisering, die wordt beïnvloed door een aantal verschillende factoren, naast het zoutgehalte, met 90 procent gestegen.

"Onze studie is de eerste die een verband documenteert tussen verhoogde verzilting en alkalisering op continentale schaal. Tot nu toe, we waardeerden de rol die verschillende zouten spelen bij het veranderen van de pH van beken en rivieren van ons land niet volledig, " zei co-auteur van de studie Gene Likens, emeritus president van het Cary Institute of Ecosystem Studies en een vooraanstaande onderzoeksprofessor aan de Universiteit van Connecticut. "Zoutgehalte en pH zijn fundamentele aspecten van de waterchemie, dus dit zijn grote veranderingen in de eigenschappen van zoet water."

De grondoorzaken van een verhoogd zoutgehalte in waterlopen verschillen van regio tot regio, zei Kaushal. In de besneeuwde Mid-Atlantische Oceaan en New England, strooizout dat in de winter wordt gebruikt om wegen te onderhouden, is een primaire boosdoener. In het zwaar agrarische Midwesten, meststoffen, vooral die met een hoog kaliumgehalte, leveren ook een belangrijke bijdrage. In andere regio's, mijnbouwafval en verwering van beton, rotsen en bodems laten zouten vrij in aangrenzende waterwegen.

"We ontdekten dat de pH van sommige rivieren begon te stijgen in de jaren '50 en '60 - decennia vóór de invoering van zure regenregelgeving, " zei Michael Pace, een professor in de milieuwetenschappen aan de Universiteit van Virginia en een co-auteur van de studie. "We hebben ook verhoogde zoutconcentraties waargenomen in het zuidoosten, waar ze geen strooizout toepassen. Deze verrassende trends vormden een puzzel die ons team samen heeft opgelost."

In de door water uitgehongerde woestijn in het zuidwesten, waar de zoutconcentraties historisch zeer hoog zijn geweest, Kaushal en zijn collega's documenteerden in de loop van de tijd een algehele afname van het zoutgehalte. De onderzoekers schrijven deze daling toe aan verschillende factoren, inclusief veranderingen in land- en watergebruik, gekoppeld aan een inspanning van de kant van de westerse staats- en lokale overheden om de zoutinput te verminderen en de strategieën voor waterbeheer te verbeteren. Bijvoorbeeld, in 1973, de zeven westelijke staten die deel uitmaken van het Colorado River Basin hebben het Colorado River Basin Salinity Control Forum opgericht om de inspanningen op het gebied van saliniteitscontrole te ondersteunen.

Kaushal merkte op dat er al veel strategieën bestaan ​​om zoutvervuiling te beheersen. Er zijn aanwijzingen dat pekel efficiënter kan zijn dan korrelzout voor het ontijzelen van wegen, wat hetzelfde effect oplevert met minder totale zoutinput. Voorzouten vóór een groot sneeuwevenement kan ook de resultaten verbeteren. Kaushal zei ook dat veel Mid-Atlantische en noordoostelijke steden en staten verouderde en inefficiënte zoutstrooiapparatuur hebben die al lang aan een upgrade toe was.

"Ook, niet alle zouten worden op dezelfde manier gemaakt in termen van hun vermogen om ijs te smelten bij bepaalde temperaturen, " voegde Kaushal toe. "Het kiezen van de juiste zoutverbindingen voor de juiste omstandigheden kan helpen sneeuw en ijs efficiënter te smelten met minder zoutinvoer, die een lange weg zou gaan in de richting van het oplossen van het probleem."

Kaushal en zijn collega's merken soortgelijke problemen op met de toepassing van meststoffen in agrarische omgevingen. Vaak, door de juiste hoeveelheid kunstmest op het juiste moment van het seizoen toe te passen, kan de totale uitstoot van zouten in nabijgelegen beken en rivieren worden verminderd. De onderzoekers merken ook op dat meer zorgvuldige stadsontwikkelingsstrategieën - voornamelijk verder van waterwegen bouwen en effectievere regenwaterafvoersystemen ontwerpen - kunnen helpen de hoeveelheid zout die van verweerd beton wordt weggespoeld, te verminderen.

"Als samenleving we pakken de waterkwaliteitsproblemen van riolering aan, afvalwater en nutriëntenbelasting, " zei Tom Torgersen, directeur van het programma Water Sustainability and Climate van de National Science Foundation, die het onderzoek financierde. "Maar onze impact op de waterkwaliteit blijft aanzienlijk als gevolg van onze toenemende bevolking, de grootte van onze gebouwde infrastructuur en andere factoren. Het beheersen van de gevolgen voor de waterkwaliteit blijft een uitdaging."

De onderzoekers merken ook de noodzaak op om verouderde waterleidingen in het hele land te controleren en te vervangen die zijn getroffen door corrosie en kalkaanslag, of de opbouw van minerale afzettingen en microbiële films. Dergelijke pijpen zijn bijzonder kwetsbaar voor zouter, meer alkalisch water, die het vrijkomen van giftige metalen en andere verontreinigingen kan verergeren.

"De trends die we in de gegevens zien, suggereren allemaal dat we het probleem van zoutvervuiling moeten overwegen en serieus moeten nemen, " zei Kaushal. "Het Environmental Protection Agency reguleert zouten niet als primaire verontreinigingen in drinkwater op federaal niveau, en er is inconsistentie in het beheer van zoutverontreiniging op lokaal niveau. Deze factoren zijn iets dat gemeenschappen moeten aanpakken om nu en voor toekomstige generaties veilig water te bieden."

Het onderzoeksrapport, "Het zoetwaterverziltingssyndroom op continentale schaal, "Sujay Kaushal, gen likes, Michael Pace, Ryan Utz, Shahan Haq, Julia Gorman en Melissa Grese, verscheen op 8 januari 2018 Vroege editie van de Proceedings van de National Academy of Sciences .