In een oogopslag, het glinsterende water van de kust van Zuid-Californië lijkt gezond. Maar een diepere duik in de chemische samenstelling van het water onthult hoge niveaus van algen en lage niveaus van zuurstof.

De geschatte 23 miljoen mensen die langs de kust van Tijuana wonen, Mexico, naar Santa Barbara, Californië, produceren tonnen afvalwater per dag. Dat afvalwater wordt behandeld door waterzuiveringsinstallaties om enkele van de potentieel schadelijke chemicaliën te verwijderen en vervolgens diep onder het oppervlak van de oceaan geloosd.

Maar zelfs nadat het is behandeld, het riool bevat nog stikstof. En experts hadden verondersteld dat, omdat het afvalwater zo diep onder het oppervlak wordt geïnjecteerd - ongeveer 50 meter, of 164 voet - tegen de tijd dat het het wateroppervlak bereikte, de resterende stikstof zou voldoende worden verdund om geen ernstige negatieve gevolgen te hebben.

Maar in een nieuwe studie UCLA-onderzoekers ontdekten dat stikstof in behandeld rioolwater een enorme groei van oceanische algen en zuurstofverlies veroorzaakt. die waarschijnlijk blijvende gevolgen zullen hebben voor het ecosysteem van de regio. Van 1997 tot 2000, bijvoorbeeld, de groei van microscopisch kleine zeealgen, fytoplankton genaamd, was 79% hoger dan het zou zijn geweest zonder stikstof uit menselijk afvalwater in de wateren langs de kust van het schiereiland Baja California tot Santa Barbara.

Het probleem doet zich grotendeels voor omdat zoet water uit rioolwater minder dicht is dan het zeewater waarin het wordt geïnjecteerd, waardoor het afvalwater naar de oppervlakte stijgt, waar fytoplankton leeft. Het fenomeen wordt versterkt door krachtige opwelling langs de kust - een proces waarbij koude, voedselrijk water stijgt naar de oppervlakte om water te vervangen dat door de wind wordt weggeduwd. Fytoplankton gebruikt stikstof om te groeien, en de overtollige stikstof uit afvalwater zorgt ervoor dat fytoplankton veel sneller groeit dan de natuurlijke snelheid - een proces dat eutrofiëring wordt genoemd.

Wanneer fytoplankton uiteenvalt, ze verbruiken zuurstof uit het water, stukken van de oceaan achterlaten met een laag zuurstofgehalte waar het moeilijk is voor zeedieren om te overleven. Het fenomeen is vooral waargenomen vanwege afvloeiing uit agrarische omgevingen, maar de UCLA-studie is een van de eerste die aantoont dat het probleem kan optreden vanwege het afval dat wordt geproduceerd door mensen die in steden wonen.

"De gedachte dat een grote stad aan een kust die wordt blootgesteld aan sterke stromingen eutrofiëring zou kunnen ervaren, is heel nieuw, " zei James McWilliams, de hoofdauteur van de studie, UCLA's Louis B. Slichter hoogleraar Geofysica en Planetaire Fysica en lid van het UCLA Instituut voor Milieu en Duurzaamheid.

Meerdere instanties verzamelen op seizoensbasis chemische monsters van de kustwateren van Zuid-Californië, waardoor het een van de best gecontroleerde kustecosystemen ter wereld is. Dus onderzoekers wisten dat de chemie van de oceaan aan het veranderen was - en de verandering werd veroorzaakt door een combinatie van menselijk afvalwater, koolstofdioxide uitstoot, en de opwelling die elke lente en zomer plaatsvindt, het voeden van de fytoplanktonbloei.

Maar wetenschappers waren niet in staat geweest om te bepalen welke proporties van de veranderingen door elk van die factoren werden veroorzaakt.

In de nieuwe studie McWilliams en zijn team ontwarren de impact van elk van de verschillende effecten, vinden dat 97% van de stikstof die door menselijke bronnen aan de oceaan wordt toegevoegd, afkomstig is van afvalwater. De onderzoekers creëerden een computermodel om de hoeveelheden lokale voedingsstoffen uit rivieren te reconstrueren, afvalwater en regen die in de oceaan terechtkomen, en verklaren hoe complexe oceanische en atmosferische processen invloed hebben op hoe die voedingsstoffen de chemie van het water beïnvloeden.

Om de nauwkeurigheid van het model te bevestigen, de onderzoekers vergeleken hun resultaten met veldwaarnemingen en satellietmetingen uit dezelfde periode.

De onderzoekers voerden het model uit in twee scenario's:een die uitging van natuurlijke omstandigheden zonder toegevoegde stikstof en een met stikstof uit rioolwater, rivieren en de atmosfeer. Toen de twee simulaties werden vergeleken, de onderzoekers ontdekten dat er de helft van de hoeveelheid fytoplankton zou zijn als menselijke vervuiling zou worden verwijderd.

Fayçal Kessouri, een UCLA postdoctoraal onderzoeker, leidde de studie; andere auteurs zijn van de Universiteit van Washington, de National Oceanic and Atmospheric Administration en het Coastal Water Research Project in Zuid-Californië.

De studie zou kunnen leiden tot aanbevelingen om de stikstofbehandeling in het beheer van menselijk afval te verbeteren. Echter, volgens Daniele Bianchi, een UCLA-assistent-professor atmosferische en oceanische wetenschappen en co-auteur van de studie, een obstakel voor het verbeteren van de huidige praktijken is dat de huidige afvalwaterbehandelingen om stikstof uit rioolwater te verwijderen erg duur zijn. Hij zei dat het verbeteren van systemen voor hergebruik van afvalwater of het gebruik van kelp om chemicaliën te verwijderen goedkopere opties zouden kunnen zijn.

Er wordt momenteel meer onderzoek gedaan om te begrijpen hoe de eutrofiëring het zeeleven in Zuid-Californië beïnvloedt.

De studie is gepubliceerd in het tijdschrift Proceedings van de National Academy of Sciences .