Водохранилище Кестерсон является частью нынешнего Национального заповедника дикой природы Сан-Луис в Калифорнии. Ранее являвшееся подразделением Национального заповедника дикой природы Кестерсон , водохранилище было важным пунктом остановки для перелетных водоплавающих птиц . [1] Когда-то Кестерсон состоял из 12 испарительных прудов общей площадью около 1280 акров [2] и исторически использовался для сельскохозяйственного дренажа. Кестерсон привлек к себе внимание страны во второй половине 20-го века из-за токсичности селена и быстрой гибели перелетных водоплавающих птиц, рыб, насекомых, растений и водорослей. Водохранилище было закрыто в 1986 году, и концентрации селена на участке продолжали контролироваться в ходе работ по рекультивации.
Национальный заповедник дикой природы Кестерсон расположен примерно в 18 милях к западу от округа Мерсед в Национальном заповеднике дикой природы Сан-Луис, в долине Сан-Хоакин в центральной Калифорнии . [1] Площадь заповедника составляет 26 609 акров (107,68 км2 ) и включает в себя разнообразные водно-болотные угодья и прибрежные среды обитания, которые поддерживают большое разнообразие водоплавающих птиц, млекопитающих и других диких животных в четырех единицах: водохранилище Кестерсон, Фрейтас, Медвежий ручей и оригинальные единицы Сан-Луис.
Долина Сан-Хоакин, которую историк Кевин Старр считает «самой продуктивной неестественной средой на Земле», [3] обеспечивает около 25% сельскохозяйственной продукции США, включая виноград, хлопок, орехи, цитрусовые и овощи. [4] Разведение крупного рогатого скота и овец также вносит свой вклад в сельскохозяйственное производство в этом районе. Долина была богата фосфорной кислотой в доисторические времена, когда, будучи внутренним озером, она обеспечивала среду обитания для моллюсков. Накопление этих раковин сделало землю богатой фосфорной кислотой.
Долина Сан-Хоакин граничит на западе с Береговым хребтом, а на востоке с горами Сьерра-Невада. Береговой хребет включает в себя меловые и третичные морские осадочные породы. [5] Выветривание и окисление формации Морено, черного морского сланца, производит пирит, FeS2 , и селенид железа, FeSe2 . Поскольку выветренные продукты концентрируются в испаряемых минералах и солях, могут образовываться селенаты [ 6 ] ( например, Na2SeO4 · 10H2O или Na2Mg ( SeO4 ) 2 · 4H2O ) и сульфаты ( Na2SO4 · 10H2O или Na2Mg ( SO4 ) 4 · 4H2O ) . Это приводит к образованию солей селена и богатых селеном почв, которые смываются с гор потоками грязи или оползнями в долину Сан-Хоакин. Кроме того, в долине Сан-Хоакин есть неглубокий водоносный горизонт, ограниченный непроницаемыми глинами. [7]
Крупномасштабное сельскохозяйственное производство опирается на аналогичные крупномасштабные ирригационные проекты для поддержания плодородных ферм в работе. Побочным эффектом орошения в долине Сан-Хоакин стало то, что уровень грунтовых вод начал повышаться с течением времени. Это привело к состоянию, когда избыток воды накапливался и наносил вред посевам. В 1968 году Бюро мелиорации предложило построить дренажный канал длиной 290 миль, названный дренажем Сан-Луис. [8] Как часть большого дренажного канала, водохранилище Кестерсон, состоящее из 12 испарительных прудов, было завершено в 1971 году в национальном заповеднике дикой природы Кестерсон.
В 1985 году Управление по контролю за ресурсами штата Калифорния выдало приказ о закрытии водохранилища Кестерсон в связи с обнаружением в 1983 году 64%-ного уровня деформаций и гибели эмбрионов и детенышей диких водоплавающих птиц. [12] По данным Геологической службы США, высокие показатели деформаций и смертности были результатом загрязнения селеном, которое отслеживалось через дренажные системы орошения и попадало в коренные породы Калифорнийских прибрежных хребтов. [12] Геологическая служба США определила биогеохимический путь перемещения селена «от камня к утке» как «эффект Кестерсона». [13] Группа симптомов и эффектов, наблюдаемых у птиц в ходе исследований на водохранилище Кестерсон, известна как «синдром Кестерсона». [14]
Селен является естественным элементом в окружающей среде и важным диетическим питательным веществом. Однако в высоких концентрациях селен биоаккумулируется до токсичных уровней в тканях и может вызывать репродуктивную недостаточность и врожденные дефекты или откладываться в отложениях. [15] Из-за концентрации селена в Береговом хребте к западу от долины Сан-Хоакин селен был перенесен в долину и естественным образом накопился на дне долины. Токсичность селена стала проблемой вскоре после того, как в Кестерсоне были установлены дренажные плитки. Первоначально (с 1971 по 1978 год) водохранилище получало только пресную воду. В 1978 году ситуация начала меняться, и к 1981 году вся вода, поступавшая в водохранилище Кестерсон, была соленой дренажной водой. Соленость дренажной воды была обусловлена высокоподвижным ионом селена, селенатом, SeO 4 2− . В 1983 году концентрация селена, в основном в форме селената, составляла около 300 мкг/л. С 1981 по 1986 год в Кестерсон было доставлено около 9000 кг Se. [2] Концентрация селена в водохранилище неуклонно увеличивалась по мере испарения дренажной воды из 12 испарительных прудов. [1] Селен начал биоаккумулироваться в водоплавающих и диких животных, которые использовали водохранилище.
До 1981 года водохранилище Кестерсон поддерживало широкий спектр жизни, включая несколько видов рыб. После 1981 года водохранилище поддерживало только наиболее устойчивых к соленой воде рыб-комаров . В 1982 году Служба охраны рыбных ресурсов и диких животных США начала исследование, чтобы определить причину снижения использования водохранилища дикими животными. Было обнаружено, что концентрация селена в этих местах превышает 1400 микрограммов на литр. Образцы рыб-комаров, взятые в 1982 году, показали, что рыба из водохранилища Кестерсон содержала концентрацию селена более чем в 70 раз выше, чем рыба, взятая из близлежащего контрольного участка. [16]
В 1983 году исследователи изучили распространенность селена в рационе и тканях птиц водохранилища Кестерсон. [9] Исследование показало, что загрязнение селеном было основной причиной увеличения частоты аномалий развития у рыб и птиц на ранней стадии жизни. Аномалии включали отсутствие или деформацию глаз, клювов, крыльев, ног и мозга. По сравнению с контрольным участком, концентрации селена у взрослых птиц в Кестерсоне были обнаружены в 10 раз выше, а концентрации селена в яйцах птиц были в 20-30 раз выше. Также наблюдалось общее снижение массы тела. [16] Было обнаружено, что концентрации селена в тканях птиц положительно коррелируют со временем пребывания , частотой кормления и концентрацией селена в рационе птиц. [16] Увеличение концентрации селена также наблюдалось в растениях, грибах, насекомых, млекопитающих и рыбах, обитающих в водохранилище. [17] Однако птицы являются одними из наиболее чувствительных животных к повышенному воздействию селена. Из-за постоянной потери водно-болотных угодий в Калифорнии [16] водохранилище Кестерсон стало важным пунктом остановки для перелетных птиц. По этой причине высокие уровни селена в водохранилище оказали существенное влияние на популяции птиц. Результаты исследования 1983 года были опубликованы в газетах и транслировались по телевидению, что привлекло внимание всей страны к проблеме. В конечном итоге это привело к закрытию водохранилища в 1986 году.
После того, как в 1985 году Калифорнийский государственный совет по контролю за водными ресурсами издал приказ об очистке и устранении загрязнения Кестерсона, Бюро мелиорации США и Министерство внутренних дел США предприняли действия по снижению количества опасностей, с которыми сталкиваются птицы в Кестерсоне. [1] [2] Бюро мелиорации США и Министерство внутренних дел США предприняли восстановительные действия, включая засыпку 713 акров Кестерсона примерно 1 миллионом кубических ярдов почвы [2] и вырубку рогоза, чтобы уничтожить места гнездования птиц. Эти действия создали 3 основных типа наземной среды обитания, включая луга, заполненные участки, на которых преобладают однолетние виды растений, и открытые участки, ранее занятые рогозом. Хотя загрязнение Se в Кестерсоне произошло всего за несколько лет, работы по восстановлению заняли более 20 лет. [2] Общие затраты на восстановление оцениваются в 21 миллион долларов. Дополнительные исследования, проведенные в Кестерсоне, показали, что микробное испарение как метод биоремедиации может способствовать значительному удалению селена из селенсодержащих почв. [10]
Мониторинг начался в 1989 году и снизился по интенсивности в 2012 году. Результаты мониторинга Se с 2013 по 2014 год показали, что концентрации Se были относительно стабильными с течением времени, так что животные, добывающие пищу, в первую очередь подвергались воздействию концентраций ниже 4 мкг/г. [10] Признано, что крупномасштабные изменения, такие как наводнение, могут привести к быстрой мобилизации селена и большему риску для дикой природы. Текущие альтернативы для дренажа загрязненной оросительной воды оцениваются и в настоящее время включают мембранную очистку, очистку от селена и испарительные пруды.
{{cite web}}: CS1 maint: numeric names: authors list (link)