Тайна оранжевых рек Аляски наконец-то разгадана

Новое исследование чётко связывает таяние вечной мерзлоты с токсичными изменениями — и предлагает способ прогнозировать этот процесс.

Арктические реки Аляски столкнулись с серьезной проблемой — они приобрели оранжевый оттенок. Ранее чистые реки теперь мутнеют и приобретают оранжевый цвет из-за частиц железа, и это не просто некрасиво. Эти частицы могут задушить рыбу и насекомых, угрожая пищевой цепи и экосистеме в целом .

Учёные уже давно указывали на оттаивание ранее замёрзшей почвы как на возможную причину загрязнения рек в отдалённом хребте Брукса на севере Аляски, и исследование, недавно опубликованное в журнале Communications Earth & Environment, подтверждает это. Исследование также показывает два различных механизма, которыми эта тающая почва «ржавит» реки, и может помочь учёным предсказать, куда распространится ущерб в дальнейшем.

«Можно подумать, что если какая-то экосистема и может укрыться от последствий потепления и большого человеческого следа, то это именно она. Но это не так», — заявил Тим Лайонс, соавтор исследования и биогеохимик из Калифорнийского университета в Риверсайде. «Безопасного места нет».

Вечная мерзлота — это горная порода или почва, содержащая лёд, который остаётся замёрзшим два или более лет. Аляска нагревается в два-три раза быстрее, чем в среднем по миру, что приводит к таянию некоторых участков вечной мерзлоты, остававшихся замёрзшими тысячи лет. Это таяние уже угрожает фьорду Трейси-Арм, популярному месту назначения аляскинских круизов.

Когда наполненная льдом вечная мерзлота начинает таять из-за изменения климата, она может превратиться в грязь, которая не выдерживает веса вышележащей почвы или растительности. Это может угрожать созданной человеком инфраструктуре, такой как дома, трубы и дороги. Это также может привести к высвобождению частиц железа из горных пород, которые окрашивают реки в оранжевый цвет — процесс, называемый ржавлением.

Ржавление имеет серьёзные экологические последствия. Мелкие частицы железа могут оставаться во взвешенном состоянии в воде на расстоянии более 60 миль (около 97 км), удушая водоросли, нарушая популяции насекомых и забивая жабры рыб. Эти изменения уже могут влиять на лосося на Аляске и в Канаде, который зависит от галечного дна рек для нереста и использует водоросли в пищу на ранних стадиях жизни.

В рамках этого нового исследования команда проанализировала общую региональную картину на протяжении примерно 600-мильного (около 966 км) хребта Брукса. Затем они приблизились к определённой речной системе, а после — ещё ближе, к одному ручью. Этот подход «сверху вниз» помог им связать крупные региональные закономерности с конкретными локальными процессами.

«На средних, более залесённых высотах ничего особенного не происходит. Но на больших и меньших высотах мы наблюдали явно разные феномены», — сказал Роман Дайал, соавтор исследования, заслуженный профессор математики и биологии Тихоокеанского университета Аляски.

На больших высотах проблема начинается в каменистой почве, содержащей пирит, также известный как «дурацкое золото». Поскольку земля была замёрзшей долгие годы, вода и воздух не воздействовали на пирит. Однако повышение температуры начало оттаивать почву, запуская процесс, называемый кислотным дренажем горных пород. Минералы и породы подвергаются воздействию кислорода и воды, что ухудшает качество воды.

«Когда пирит встречается с водой, он распадается. Он разрушается на железо и серу, образуя серную кислоту, а также сульфаты и другие токсичные металлы, — объяснил Лайонс. — Когда богатая железом вода смешивается с большим количеством кислорода, железо превращается в ржавоподобные частицы, которые окрашивают воду и покрывают донные отложения оранжевым цветом».

Совершенно иная история происходит на меньших высотах. Там ландшафт покрыт водно-болотными угодьями, которые меняют форму и расширяются вниз по мере таяния вечной мерзлоты. В этих более заболоченных местах почва бедна кислородом. Поэтому вместо того чтобы вдыхать кислород, микроорганизмы в воде (в основном бактерии) поглощают железо.

«Когда мы дышим, кислород попадает внутрь и преобразуется в углекислый газ, который мы выдыхаем, — сказал Дайал. — Подобным образом микроорганизмы на низинных почвах потребляют железо и преобразуют его в водорастворимую форму, которая просачивается в ручьи и вызывает ржавление при контакте с кислородсодержащей поверхностной водой».

В совокупности и кислотный дренаж пород, и микроорганизмы, поглощающие больше железа, помогают объяснить, почему оранжевые воды появляются на таких обширных и отдалённых территориях северной Аляски, точно соответствуя районам, где вечная мерзлота тает.

Команда также обнаружила эффект задержки, который может помочь предсказать будущее загрязнение. Летом деятельный верхний слой почвы оттаивает на максимальную глубину. Затем он снова замерзает перед зимой. Железо, высвободившееся во время летнего оттаивания, может оказаться в ловушке, а затем попасть в реки в следующем году.

Изучая долгосрочные данные о температуре грунта и химическом составе ручьёв, эту задержку можно использовать для прогнозирования повышения уровня металлов.

«Это означает, что мы можем использовать температуру грунта, чтобы предсказывать качество воды в будущем», — добавил соавтор исследования и эколог из Университета Аляски Пэдди Салливан. В 2019 году Салливан впервые заметил драматические изменения в реках, которые во время полевых работ в регионе выглядели «как канализация».

Поскольку рудники обычно контролируют воды вблизи себя для минимизации загрязнения, команда сотрудничала с учёными на цинковом руднике «Ред Дог» на северо-западе Аляски. Тамошние учёные располагают долгосрочными записями температуры из скважин, пробурённых глубоко в землю, а также данными химического анализа воды в ручьях. Сопоставление подземных измерений с изменениями в химическом составе ручьёв напрямую связало таяние вечной мерзлоты с ржавлением рек.

Хотя эту проблему трудно сдержать и контролировать, прогнозирование того, где загрязнение может появиться в следующий раз, может помочь выявить и защитить критические местообитания. Такое прогнозирование особенно важно для сообществ, которые зависят от этих вод и обитающей в них рыбы для пропитания и культурных практик.

«Нельзя это исправить, когда процесс уже начался», — сказал Лайонс. «Но мы можем заранее предупредить людей ниже по течению и усердно работать, чтобы защитить места, которые всё ещё безопасны и менее уязвимы для ржавления».

Laura Baisas “The mystery of Alaska’s orange rivers is finally solved”

Перевод статьи «The mystery of Alaska’s orange rivers is finally solved» автора Laura Baisas, оригинал доступен по ссылке. Лицензия: CC BY. Изменения: переведено на русский язык

Фото: Оранжевая вода реки демонстрирует быстро меняющийся ландшафт Аляски.  Источник: Тим Лайонс / UCR.