Forsaltning af ferskvand - Freshwater salinization

Salt består af natriumchlorid. Gennem primær og sekundær saltopløsning trænger den ind i ferskvand og skader menneskers og andre organismeres sundhed.

Ferskvandssaltning er processen med salt afstrømning, der forurener ferskvandsøkosystemer, som kan skade akvatiske arter i visse mængder og forurene drikkevand. Det måles ofte ved den øgede mængde opløste mineraler, end hvad der anses for normalt for det område, der observeres.

Naturligt forekommende forsaltning kaldes primær forsaltning; dette inkluderer nedbør, stenforvitring, indtrængen af ​​havvand og aerosolaflejringer. Menneskelig induceret saltopløsning kaldes sekundær saltopløsning med anvendelse af afisning af vejsalte som den mest almindelige form for afstrømning. Cirka 37% af dræningen i USA er blevet gennemført ved forsaltning i det sidste århundrede. The EPA har defineret to tærskler for sunde saltindhold i ferskvandsøkosystemerne: 230 mg / l Cl ^- for gennemsnitlige saltindhold og 860 mg / l Cl ^- efter akut indgange.

Primær saltopløsning

Saltholdighed spiller en vigtig rolle i en ferskvandsorganisms forsøg på at opretholde en osmotisk balance mellem ionkoncentration og deres indre væsker. Saltopløsning øger det osmotiske tryk og påvirker dermed risikoen for en organisms fitness og overlevelse negativt. Højere niveauer af saltholdighed til stede i ferskvandsmiljøer kan føre til faldende artsrigdom ved generelle observationer, selvom toksicitet varierer mellem ferskvandsarter og identiteten af ​​de ioner, der forårsager saltopløsning. Eksklusive en organismes død, kan overskydende saltholdighed også føre til et fald i både individuel og befolkning fitness via hæmmet vækst i løbet af ungdomsårene, nedsat fodring evne, oxidativ stress, og den samlede kropslig vansiring.

Overskydende mængder saltvand i ferskvandsområder spiller også en væsentlig rolle i større befolkningsskalaer; de kan ændre trofiske interaktioner i økosystemer og omdanne eksisterende biokemiske cyklusser til 'nye' ved at ændre strømmen af ​​sammensat retning. Skiftet i økosystemer kan lette indtrængen af ​​invasive arter, der er i stand til at håndtere brak til saltvand

Virkninger på menneskers sundhed

Det meste af det vand, som mennesker bruger og spiser hver dag, stammer fra ferskvandskilder. Høje saltkoncentrationer i drikkevandskilder kan resultere i mange skadelige virkninger på menneskers sundhed. En undersøgelse af to kystbyer i Bangladesh viste, at når der forbruges ferskvand, der er forurenet med høje saltholdighedskoncentrationer, kan det resultere i sundhedsmæssige problemer som hårtab, hudsygdomme, gastrisk problemer, diarré og forhøjet blodtryk. Høje saltholdighedsniveauer i drikkevand har også vist sig at være stærkt forbundet med hjerte-kar-sygdomme (CVD). Ferskvand, der er basisk og salt, kan også mobilisere og frigive en række kemikalier, der rejser sammen gennem vandskel , forurener menneskelige vandkilder og kan forårsage en række negative sundhedseffekter på mennesker, hvis de indtages. Disse giftige kemikalier, der ofte består af metaller og nitrogenholdige forbindelser, tvinges enten ud af strømbundet jord af saltionerne, eller saltindholdet i vandet korroderer rørene gennem passage og frigiver kemikalierne i vandkilden. Et eksempel på dette var i Flint, Michigan . På grund af de høje saltkoncentrationer i Flint-flodens vandkilde fra nærliggende vejsaltafstrømninger bidrog vandet, der passerede gennem beboerens rør, til korrosion og frigivelse af bly i deres drikkevand.

Sekundær forsaltning

Koldere klimaer bruger blandinger af salt for at forhindre, at der dannes is langs veje, hvilket øger saltafstrømningen til nærliggende ferskvandssteder.

Menneskelig interaktion fremskynder hastighederne med primær saltopløsning. Jordudvikling, som byggeri og minedrift , forårsager, at forbindelser, der findes i grundfjeld, frigøres fra deres stramme placeringer og kommer til overfladen, som derefter udsættes for accelereret forvitringshastighed, hvilket til sidst fører til udvaskning af ioner i nærliggende vandkilder. Landbrugspraksis genererer også stærkt saltvanding, der kan komme ind i ferskvand gennem introduktion af forskellige pesticider eller opdræt-relateret afstrømning, og naturligt saltvand kan bringes til overfladen via landrensning .

Klorid i form af klor anerkendes som den mest almindelige type menneskeskabte salte udsat for et miljø. I landbrugspraksis blandes klor sammen med andre forbindelser for at producere et antibakterielt opløsningsmiddel, der anvendes til behandling af vand. Dette behandlede vand bevæger sig fra marker til vandskel, hvor det kan forblive til stede i lange perioder. Aggregering af klor er især udbredt, når der opstår forkert kunstvanding. Hævede chloridniveauer kan føre til forsuring, bevægelse af metalloidradikaler forbindelser via ionbytning med strømmen seng, manipulation med sø blanding tidsplaner, og modifikationer af ferskvands biotiske relationer.

Virkninger på ferskvandsorganismer

På grund af kropspermeabilitet kan saltindholdet i organismenes vandmiljø have en enorm indflydelse på cellulær stabilitet. Organismer, der bor i ferskvandsøkosystemer, har brug for at opretholde en osmotisk balance mellem deres kropsvæsker og ionkoncentrationerne i deres celler. Ændringer i osmotisk tryk kræver store mængder energi og kan resultere i cellulær skade og cellulær død i organismerne. Ændringer inden for saltholdighedsniveauer påvirker organismer i ferskvandsøkosystemer både direkte og indirekte. De toksiske niveauer af saltioner kan direkte resultere i fysiologiske ændringer i arter, som kan forårsage skadelige virkninger for ikke kun individet, men også artspopulationen. De forskellige effekter på disse organismer kan derefter indirekte påvirke det samlede ferskvandsøkosystem ved at ændre strukturen og funktionen i det akvatiske samfund. Da saltholdigheden stiger inden for et ferskvandsøkosystem, resulterer dette ofte i et fald i biotadiversitet og rigdom. Den udslettelse sats for ferskvandsorganismer er blandt de højeste i verden, og som saltindhold i disse akvatiske økosystemer fortsat stigning, vil flere arter og deres omgivelser bliver truet.

Saltvand med ferskvand kan påvirke artsrigdommen, mangfoldigheden og samfundssammensætningen negativt over flere trofiske niveauer. Konkurrencedygtige interaktioner mellem zooplankton kan ændre sig, når saltindholdet stiger, hvilket fører til, at arter såsom Simocephalus vetulus udkonkurrerer den normalt dominerende Daphnia galeata under behandlinger med høj saltholdighed. Arternes rigdom og mangfoldighed falder, da saltindholdet også øges for de fleste makro-hvirvelløse arter. Døgnfluer , slørvinger og caddisflies , der anses for at være gode indikatorer for strøm sundhed, udstillet særligt kraftige fald på grund af øget saltholdighed. Nogle fiskearter påvirkes negativt af saltopløsning. I den nedre Pecos-flod er 13 af de 44 indfødte fiskearter forsvundet i områder med høj saltopløsning. Imidlertid udviser nogle fisk kun fald, når saltindholdet når ekstreme niveauer.

En undersøgelse udført i Baltimore afslørede, at øgede niveauer af chlorid ved lave koncentrationer hindrer denitrifikationsprocessen i søer, hvilket er afgørende for at fjerne nitrat , biproduktet af ammoniak fra fisk og andre vandorganismer. Kloridniveauer i det nordøstlige USA stiger sæsonmæssigt til omkring 5 gram per liter fra gadesaltbrug om vinteren. Denne vakillering får ferskvandssamfund tættere på byområder til at have reduceret biodiversitet og trofisk kompleksitet.

En skildring af ferskvandssaltnings-syndrom (FSS). Mange forskellige faktorer bidrager til FSS, hvilket gør det vanskeligt for videnskabsmand at kvantificere. Antropogene og biologiske output blandes sammen for at skabe unikke effekter i ferskvandssystemer.

Biomodificering af salttoksicitet

På grund af adskillige samtidige stressfaktorer til stede i ferskvandssamfund kan øgede niveauer af saltopløsning have uforudsete virkninger forårsaget af interaktioner med andre forbindelser. Ferskvandsforsaltningssyndrom (FSS) citeres for at være en velkendt trussel mod ferskvand i Nordamerika og Europa . Samspillet mellem salt og pH, næringsstoffer, metaller og basekationer er ikke tilstrækkeligt kendt, men kan forværre eksisterende problemer for at påvirke vandkvaliteten, kuldioxidkoncentrationerne og biodiversiteten negativt . Ionkoncentrationen af ​​salttoksicitet kan ændre det reaktivitetsniveau, en art vil reagere med. For at være i stand til korrekt at genkende truslen spiller saltholdighed de korrekte proportioner af hver tilstedeværende ion til regnskab. Følsomheden varierer også mellem arter. Undersøgelser med fokus på de abiotiske interaktioner med ferskvandsorganismer viste, at saltholdighed havde en additiv virkning på de skadelige forbindelser, der blev observeret for størstedelen af ​​tiden, men ikke altid, hvilket gør forudsigelsesprocessen vanskelig for forskere.

Forsaltning og alkalisering er blevet forbundet gennem undersøgelsen af ​​tørre regioner i Nordamerika og har negativt påvirket henholdsvis 37% og 90% af ferskvandsafvandingsområder. Deres interaktion kan bedst bemærkes af niveauerne af stigende pH i vandløb og floder målt i 232 USGS- steder i 2018. Blandt disse steder har 66% vist en betydelig stigning i pH, idet det mest berørte område er stærkt befolket byer i øst og midt-vest. Sammen med de sædvanlige forsaltningsovertrædere af landbrugsafstrømning og vejis forvitrer kalk og beton sig hurtigt ned for at bidrage med baseioner og salte i vandstrømme. Mærkbare tegn på FSS inkluderer forringelse af infrastruktur, nedsat biodiversitet og øget mobilisering af forurenende stoffer i et akvatisk system. I forbindelse med fotosyntetiske organismer kan basiske niveauer af pH komme ind i en positiv feedback-loop via manglen på opløste kulstoffer i vandet i forhold til mængden af ​​opløst kuldioxid og derved yderligere forværre FSS.

Forebyggelse og afhjælpning

Afhjælpning kan forekomme gennem oprettelse af en national standardiseret database, hvor lokale myndigheder og virksomheder kan rapportere mængden og den kemiske koncentration af de vejsalte, der frigøres til afisning. Dette vil hjælpe med at regulere og overvåge ioner, der frigøres i miljøet, så nærliggende ferskvandskilder kan overvåges for eksponering mere nøje. Der skal også være en standardiseret reference udviklet af velrenommerede forskere, der viser, hvad de gennemsnitlige forventede niveauer af saltioner for et normalt ferskvandsøkosystem er. En canadisk undersøgelse foreslog brugen af ​​halofytplanter til at afhjælpe salteksponeringen i jorden og forhindre infiltration i grundvand. Halophytes er planter, der har en høj salttolerance, og formålet med undersøgelsen var at se, om de kunne plantes omkring områder med høje vejsaltanvendelser for at forhindre infiltration i vandkilder. Resultaterne viste, at når den omgivende jord blev testet, blev 11% af Cl- ioner og 87% af Na- ioner tilbageholdt i de øverste jordlag, når halofytter var til stede. Dette viser potentialet i forebyggelse af vejsaltafstrømning fra adgang til ferskvandskilder. Hvis halofytter potentielt blev plantet omkring ferskvandskilder, er saltioner måske mindre tilbøjelige til at afstrømme i ferskvandskilder, og saltholdighed kan begrænses eller forhindres. Med hensyn til andre skadelige menneskelige fremgangsmåder som minedrift, planter bevarere og frivillige arter af indfødte appalacher og planter på steder, der tidligere blev brugt til minedrift. Genplantning af disse oprindelige planter vil forhåbentlig afhjælpe det land, der blev ødelagt af bjergtop minedrift og øge biodiversiteten i Appalachia. Den røde gran var en indfødt art, der blev genindført på grund af dens vigtige evne til at filtrere og fange vand fra et dybt organisk lag i sin omgivende jord. 90% af de plantede røde grantræer overlevede, hvilket viser løfte om afhjælpningsindsats ved brug af indfødte arter.

Bibliografi