De afgelopen 25 jaar, de Environmental Protection Agency en het Connecticut Department of Energy and Environmental Protection hebben elke maand ijverig watermonsters verzameld in Long Island Sound (LIS). Onlangs, de gegevens zijn verzameld en geanalyseerd, door UConn universitair hoofddocenten van Marine Science Penny Vlahos en Michael Whitney, en andere teamleden, die zijn begonnen met het graven in de gegevens om de biogeochemie van de Sound beter te begrijpen. Een deel van de analyse, genaamd "Stikstofbudgetten voor LIS, " is gepubliceerd in het tijdschrift Estuarien, Kust- en schappenwetenschap .

Elke zomer sinds 1820 of zo, LIS heeft ervaren wat een 'dode zone' wordt genoemd. In de jaren '70 en '80, de jaarlijkse verschijning van de dode zone zorgde voor uitgebreide vissterfte die de publieke aandacht trok en tot actie door staatsmilieu-instanties leidde.

Dode zones treden op wanneer instroom van overtollige voedingsstoffen zoals stikstof, samen met warme, stille Waters, leiden tot uitbarstingen van groei in algenpopulaties en hun daaropvolgende verval, zegt Vlahos.

"Alles in het systeem is met elkaar verbonden. Een toestroom van stikstof leidt tot algengroei, en algen produceren organisch materiaal en zuurstof die door bacteriën worden geconsumeerd, " ze zegt.

Naarmate de groei van bacteriën toeneemt, de populaties gebruiken zuurstof in het gebied sneller dan het kan worden vervangen, wat resulteert in gebieden met weinig zuurstof, of helemaal geen zuurstof. Deze "hypoxische gebieden" of dode zones variëren in grootte, maar kan zich in sommige jaren uitstrekken van het uiterste westelijke deel van LIS tot het middelste deel van de LIS-estuarium.

Deze studie is de eerste in zijn soort die de complexe totale stikstofcyclus in het LIS-estuarium bestudeert, met als doel beter te begrijpen en te voorspellen waarom sommige jaren slechter zijn dan andere.

Stikstof komt het stroomgebied binnen via zoetwaterinput uit beken, rivieren, en afvalwaterzuivering, evenals door atmosferische inputs. Achttien rivieren monden uit in LIS, met ongeveer 70% van het zoete water dat uit de rivier de Connecticut in het estuarium stroomt. Uitwisseling met de open oceaan gebeurt voornamelijk met getijdenstroming door het oostelijke deel van LIS.

"Echter, niemand wist wat er met stikstof gebeurde zodra het in het systeem kwam, ' zegt Vlahos.

Stikstof kan vele vormen aannemen, afhankelijk van de bron en omstandigheden, zoals nitraat (NO3), nitriet (NO2), ammoniak (NH4), in deeltjes, opgelost, of gasvormige vorm - wat nog meer complexiteit toevoegt aan het begrijpen van de balans van het element in het LIS-systeem.

De onderzoekers schatten fluxen en interjaarlijkse variabiliteit op basis van maandelijkse metingen. Ook berekenden ze de opgeslagen stikstof in LIS.

De resultaten toonden aan dat, verrassend genoeg, minder dan de helft van de stikstof die het LIS binnenkomt, wordt geëxporteerd naar de aangrenzende oceaan.

"Zestig procent van de stikstof die Long Island Sound binnenkomt, wordt ofwel begraven in sediment of wordt omgezet in stikstofgas en verlaat het systeem via de atmosfeer, Vlahos zegt. "Veertig procent wordt geëxporteerd naar de open oceaan."

Met deze eerste studie beleidsmakers en onderzoekers kunnen zich gaan oriënteren op andere vragen die moeten worden aangepakt.

"Dit helpt ons om vragen te beantwoorden over wat er in Long Island Sound gebeurt. Waar wordt stikstof het meest gebruikt? Waar moeten we onze inspanningen concentreren om de stikstofbelasting te verminderen?" zegt Vlahos.

Het begrijpen van dit systeem zal de komende jaren waardevol blijken voor kustplanning, aangezien de menselijke bevolking van de regio toeneemt, en de effecten van klimaatverandering worden acuter. Extreme weersomstandigheden zoals superstormen kunnen sediment opschudden, het opnieuw injecteren van begraven stikstof terwijl overmatige hoeveelheden regenwater die LIS binnenkomen, kunnen leiden tot grote episodische instroom van stikstof en andere voedingsstoffen in het systeem.

Deze complexe systemen en processen staan ​​niet los van elkaar, zegt Vlahos.

"De wateren in Long Island Sound warmen sneller op dan de open oceaan en veel daarvan heeft te maken met de uitbreiding van de Golfstroom, " ze zegt.

Bij het anticiperen op deze gebeurtenissen en hoe ze de biogeochemie van de regio zullen beïnvloeden, Vlahos zegt dat de eerste stap het nemen van beslissingen over landgebruik is die LIS kunnen beïnvloeden.

Eerdere studies, bijvoorbeeld, het idee ondersteunen dat hypoxie plaatsvond toen de menselijke bevolking in de regio begon te stijgen, met het begin van dode zones die samenviel met een periode van grote ontbossing. De bossen werden gekapt voor landbouwdoeleinden en met bosverlies, er was ook verlies van ecosysteemdiensten die bossen leveren, zoals het vertragen van de stroom van oppervlaktewater, en het filteren van overtollige voedingsstoffen zoals stikstof.

Dit maakt Vlahos hoopvol voor de vooruitzichten om de jaarlijkse dode zones in Long Island Sound aan te pakken.

"Als het door de mens is veroorzaakt, er is geen reden waarom we het niet kunnen terugdraaien en terugbrengen tot een minimum, "zegt ze. "Er kan een prijs zijn voor mensen die hier zijn, wat er ook gebeurt, maar waar een wil is, er is een manier en gelukkig gaan we de goede kant op."