Гидрологи обнаружили, что буферная система речной сети Миссисипи для нитратов перегружена

Новый метод измерения взаимодействия поверхностных и подземных вод по всей длине речной сети Миссисипи предоставляет свежие доказательства того, что естественная способность системы химически фильтровать нитраты перегружена. Исследование гидрогеологов из Техасского университета в Остине, опубликованное 11 мая в журнале Nature Geoscience, впервые показывает, что практически каждая капля воды, протекающая по 500 000 километров водных путей этой сети, проходит естественный процесс фильтрации по пути в Мексиканский залив. Анализ выявил, что 99,6% воды в сети проходит через фильтрующие отложения вдоль берегов ручьёв и рек.

Высокий уровень химической фильтрации может показаться положительным, однако печальный вывод заключается в том, что естественные системы фильтрации реки для нитратов, по-видимому, работают на пределе своей мощности. Это делает маловероятным, что природные механизмы смогут справиться с высоким уровнем нитратов, попадающих в водные пути сети с сельхозугодий и из других источников. В результате перегруженная система действует не как буфер, а скорее как конвейер, транспортируя нитраты в Мексиканский залив. Их количество уже создало там вторую по величине в мире мёртвую зону — область с дефицитом кислорода, где не может выжить рыба и другая водная жизнь.

Исследование, проведённое доцентом-гидрогеологом Баяни Карденасом и докторантом-геологом Брайаном Килом из Школы геонаук Джексона, даёт ценную информацию для управления качеством воды и отслеживания азотных удобрений, используемых в сельском хозяйстве Среднего Запада. «Это первая работа, которая даёт оценку на основе физических принципов в масштабе такой большой речной системы, рассматривая чистый эффект удаления нитратов», — отметил профессор Аарон Пакман из Северо-Западного университета.

Учёные проанализировали данные USGS и Агентства по охране окружающей среды, изучив извилистость водотоков, текстуру прибрежных материалов, время нахождения воды в гипорейной зоне (отложениях) и скорость её протока. В этих отложениях микробы поглощают соединения, такие как нитраты, из воды. Однако лишь 24% воды задерживается достаточно долго для химического извлечения азота. Время пребывания в гипорейной зоне варьировалось от менее часа в истоках до более месяца в крупных меандрирующих руслах, тогда как для удаления азота требуется около семи часов.

«Тот факт, что все эти нитраты достигают низовий, ясно говорит нам, что система очень перегружена», — заявил Карденас. Он добавил, что при полной перегрузке речная система теряет химические буферные функции, и новая модель может стать первым шагом к более широкому анализу этой проблемы.