Засоление пресной воды — это процесс загрязнения пресноводных экосистем соленым стоком , что может нанести вред водным видам в определенных количествах и загрязнить питьевую воду . [1] Его часто измеряют по увеличению количества растворенных минералов, чем считается обычным для наблюдаемой области. [2] Естественное засоление называется первичным засолением; оно включает в себя осадки, выветривание горных пород, вторжение морской воды и аэрозольные отложения. [3] Засоление, вызванное деятельностью человека, называется вторичным засолением, при этом наиболее распространенной формой стока является использование солей для борьбы с обледенением дорог . [4] Примерно 37% дренажных систем в Соединенных Штатах были затронуты засолением в прошлом столетии. [1] Агентство по охране окружающей среды определило два пороговых значения для здоровых уровней солености в пресноводных экосистемах: 230 мг/л Cl − для средних уровней солености и 860 мг/л Cl − для острых входов. [5]
Соленость играет важную роль в попытках пресноводных организмов поддерживать осмотический баланс между концентрацией ионов и их внутренними жидкостями. Засоление увеличивает осмотическое давление, тем самым отрицательно влияя на шансы организма на приспособленность и выживание. [3] Более высокие уровни солености, присутствующие в пресноводных средах, могут привести к снижению видового богатства в общих наблюдениях, хотя токсичность различается среди пресноводных видов и идентичности ионов, вызывающих засоление. [6] Исключая смерть организма, избыточная соленость может также привести к снижению как индивидуальной, так и популяционной приспособленности через задержку роста в подростковом возрасте, [7] снижение способности к питанию, [8] окислительный стресс, [9] и общее телесное обезображивание. [10]
Избыточные количества соленой воды в пресноводных районах также играют важную роль в более крупных масштабах популяции; они могут изменять трофические взаимодействия в экосистемах [11] и трансформировать уже существующие биохимические циклы в «новые», изменяя направление потока соединений. Изменение экосистем может способствовать вторжению инвазивных видов, которые способны справляться с солоноватой и соленой водой [12]
Большая часть воды, которую люди используют и потребляют ежедневно, поступает из пресноводных источников. [13] Высокая концентрация соли в источниках питьевой воды может привести ко многим вредным последствиям для здоровья человека. [14] Исследование, проведенное в двух прибрежных деревнях в Бангладеш, показало, что употребление пресной воды, загрязненной высокой концентрацией солености, может привести к проблемам со здоровьем, таким как выпадение волос, кожные заболевания, проблемы с желудком, диарея и высокое кровяное давление. [15] Также было обнаружено, что высокий уровень солености питьевой воды тесно связан с сердечно-сосудистыми заболеваниями (ССЗ). [14] Пресноводные воды, которые являются щелочными и солеными, также могут мобилизовать и высвобождать различные химические вещества, которые перемещаются вместе по водоразделам , загрязняют источники воды для человека и могут вызывать различные негативные последствия для здоровья человека при употреблении. [16] Эти токсичные химические вещества, часто состоящие из металлов и азотсодержащих соединений, либо вытесняются из почв русла рек ионами соли, [16] либо соленость воды разъедает трубы при прохождении, выделяя химические вещества в источник воды. [17] Примером этого стал город Флинт, штат Мичиган . Из-за высокой концентрации соли в источнике воды реки Флинт из-за близлежащих стоков дорожной соли, вода, проходящая через трубы жителей, способствовала коррозии и попаданию свинца в питьевую воду. [17]
Человеческое взаимодействие ускоряет темпы первичного засоления. Освоение земель, как и строительство и добыча полезных ископаемых , приводит к тому, что соединения, обнаруженные в коренной породе, высвобождаются из своих тесных мест и выходят на поверхность, где они затем подвергаются ускоренным темпам выветривания, что в конечном итоге приводит к выщелачиванию ионов в близлежащих водных источниках. Сельскохозяйственная практика также приводит к образованию высокосоленых ирригационных вод, которые могут попадать в пресную воду через введение различных пестицидов или стоков, связанных с животноводством, и естественным образом соленые грунтовые воды могут быть выведены на поверхность через расчистку земель . [3]
Хлор в форме хлорида признан наиболее распространенным типом антропогенных солей, подвергающихся воздействию окружающей среды. [2] В сельскохозяйственной практике хлор смешивается с другими соединениями для получения антибактериального растворителя, используемого для обработки воды. Эта очищенная вода перемещается с полей в водоразделы, где она может оставаться в течение длительного времени. Агрегация хлора особенно распространена там, где происходит неправильное орошение. Повышенные уровни хлорида могут привести к подкислению, перемещению соединений металлоидов через ионный обмен с руслом реки, вмешательству в графики смешивания озер и изменениям биотических отношений пресной воды. [18]
Из-за проницаемости тела соленость водной среды организма может оказывать огромное влияние на клеточную стабильность. [3] Организмы, обитающие в пресноводных экосистемах, должны поддерживать осмотический баланс между жидкостями своего тела и концентрацией ионов в своих клетках. [3] Изменения осмотического давления требуют большого количества энергии и могут привести к повреждению клеток и гибели клеток в организмах. [3] Изменения в уровнях солености влияют на организмы в пресноводных экосистемах как напрямую, так и косвенно. [19] Токсичные уровни ионов соли могут напрямую приводить к физиологическим изменениям у видов, которые могут оказывать вредное воздействие не только на особь, но и на популяцию вида. [19] Различные воздействия на эти организмы затем могут косвенно влиять на всю пресноводную экосистему, изменяя структуру и функции водного сообщества. [19] По мере увеличения солености в пресноводной экосистеме часто это приводит к снижению разнообразия и богатства биоты . [19] Темпы вымирания пресноводных организмов являются одними из самых высоких в мире, [3] и поскольку уровень солености в этих водных экосистемах продолжает расти, все больше видов и их среда обитания окажутся под угрозой.
Засоление пресной воды может негативно повлиять на видовое богатство, разнообразие и состав сообщества на нескольких трофических уровнях. Конкурентные взаимодействия между зоопланктоном могут меняться по мере увеличения солености, что приводит к тому, что такие виды, как Simocephalus vetulus, вытесняют обычно доминирующую Daphnia galeata при обработке с высокой соленостью. [20] Видовое богатство и разнообразие снижаются по мере увеличения солености для большинства видов макробеспозвоночных. [21] Поденок , веснянки и ручейники , которые считаются хорошими индикаторами здоровья ручья, показали особенно резкое снижение из-за повышенной солености. [21] Некоторые виды рыб подвергаются негативному воздействию засоления. В нижнем течении реки Пекос 13 из 44 местных видов рыб исчезли в районах с высокой соленостью. [22] Однако у некоторых рыб наблюдается снижение только тогда, когда соленость достигает экстремальных уровней. [23]
Исследование, проведенное в Балтиморе, показало, что при низких концентрациях повышенный уровень хлорида препятствует процессу денитрификации в озерах, что имеет решающее значение для удаления нитрата , побочного продукта аммиака из рыб и других водных организмов. Уровень хлорида на северо-востоке США увеличивается сезонно примерно до 5 граммов на литр из-за использования уличной соли зимой. Эта неустойчивость приводит к тому, что пресноводные сообщества, расположенные ближе к городским районам, имеют сниженное биоразнообразие и трофическую сложность. [24]
Из-за многочисленных сопутствующих стрессоров, присутствующих в пресноводных сообществах, повышенный уровень засоления может иметь непредвиденные эффекты, вызванные взаимодействием с другими соединениями. Синдром засоления пресной воды (FSS) упоминается как известная угроза для пресной воды, расположенной в Северной Америке и Европе . [3] Взаимодействие между солью и pH, питательными веществами, металлами и основными катионами недостаточно изучено, хотя может усугубить существующие проблемы, отрицательно влияя на качество воды, концентрацию углекислого газа и биоразнообразие . Концентрация ионов токсичности соли может изменить уровень реактивности, с которой отреагирует вид. Чтобы иметь возможность правильно распознать угрозу, которую играет соленость, необходимо учитывать правильные пропорции каждого присутствующего иона. Чувствительность также различается между видами. Исследования, сосредоточенные на абиотических взаимодействиях с пресноводными организмами, показали, что соленость оказывает аддитивное воздействие на вредные соединения, наблюдаемые в течение большей части времени, но не всегда, что затрудняет процесс прогнозирования для ученых. [3]
Засоление и подщелачивание были связаны посредством изучения засушливых регионов по всей Северной Америке и оказали отрицательное воздействие на 37% и 90% зон пресноводного дренажа соответственно. Их взаимодействие лучше всего заметно по уровням повышения pH в ручьях и реках, измеренным на 232 участках USGS в 2018 году. Среди этих участков 66% показали значительное повышение pH, наиболее часто затронутыми областями являются густонаселенные города на востоке и среднем западе. Наряду с обычными виновниками засоления сельскохозяйственных стоков и дорожного льда, известь и бетон быстро выветриваются, внося основные ионы и соли в водные потоки. Заметные признаки FSS включают ухудшение инфраструктуры, снижение биоразнообразия и повышенную мобилизацию загрязняющих веществ в водной системе. В сочетании с фотосинтезирующими организмами основные уровни pH могут входить в положительную обратную связь через дефицит растворенного углерода в воде по сравнению с количеством растворенного углекислого газа, тем самым еще больше усугубляя FSS. [1]
Восстановление может осуществляться путем создания национальной стандартизированной базы данных, в которой местные органы власти и компании могут сообщать о количестве и химической концентрации дорожных солей, которые высвобождаются для борьбы с обледенением. [25] Это поможет регулировать и контролировать ионы, высвобождаемые в окружающую среду, чтобы можно было более тщательно контролировать воздействие близлежащих источников пресной воды. [25] Также необходимо разработать стандартизированный справочник, разработанный авторитетными учеными, который покажет, каковы средние ожидаемые уровни солевых ионов для нормальной пресноводной экосистемы. [25] Канадское исследование предложило использовать растения галофитов для устранения воздействия соли в почве и предотвращения ее проникновения в грунтовые воды. [26] Галофиты — это растения, которые обладают высокой солеустойчивостью, и целью исследования было выяснить, можно ли высаживать их вокруг районов с высоким использованием дорожной соли для предотвращения проникновения в источники воды. [26] Результаты показали, что при тестировании окружающей почвы 11% ионов Cl и 87% ионов Na удерживались в верхних слоях почвы при наличии галофитов. [26] Это показывает потенциал в предотвращении стока дорожной соли из источников пресной воды. Если бы галофиты были потенциально посажены вокруг источников пресной воды, возможно, ионы соли с меньшей вероятностью попадали бы в источники пресной воды, и соленость можно было бы ограничить или предотвратить. Что касается других вредных видов человеческой деятельности, таких как добыча полезных ископаемых, защитники окружающей среды и волонтеры высаживают виды местных деревьев и растений Аппалачей на участках, которые ранее использовались для добычи полезных ископаемых. Повторная посадка этих местных растений, как мы надеемся, восстановит землю, которая была разрушена горнодобывающей практикой на вершине горы, и увеличит биоразнообразие в Аппалачах. [27] Красная ель была одним из местных видов, который был повторно введен из-за ее важной способности фильтровать и захватывать воду из глубокого органического слоя в окружающей почве. [27] 90% посаженных деревьев красной ели выжили, [27] что открывает перспективы для усилий по восстановлению путем использования местных видов.
{{cite journal}}: Цитировать журнал требует |journal=( помощь )