Povišene koncentracije pojedinih metala i sulfata zabilježene su više od 100 kilometara nizvodno od narančasto obojenih pritoka na sjeverozapadu Aljaske. Novo istraživanje pokazuje koliko se daleko može proširiti kemijska promjena povezana s odmrzavanjem permafrosta. U rijeci Salmon istraživači su zabilježili vrijednosti do 70 puta više od onih u nezahvaćenoj vodi uzvodno.
Uzrok traže u odmrzavanju permafrosta, tla koje ostaje zamrznuto najmanje dvije uzastopne godine. Kada se promijene uvjeti ispod površine, minerali koji su dugo bili izolirani mogu doći u dodir s vodom i kisikom. Kemijske reakcije tada stvaraju kiselu vodu i oslobađaju metale iz stijena. Željezo vodotocima daje upadljivu boju hrđe, ali dio drugih promjena oku ostaje nevidljiv.
Tim koji vode Taylor Evinger i Brett Poulin sa Sveučilišta Kalifornije u Davisu analizirao je šest slivova u području planinskog lanca Brooks tijekom ljeta od 2022. do 2024. godine. Rad objavljen u časopisu AGU Advances objedinjuje mjerenja s padina, iz pritoka i glavnih riječnih tokova. Tako su istraživači pratili izvore metala i njihov prijenos nizvodno.
Kemijska reakcija koja podsjeća na rudarsko onečišćenje
Proces je poznat kao kisela drenaža stijena. Sulfidni minerali, koji sadrže sumpor, u dodiru s kisikom i vodom oksidiraju. Nastala kiselina dodatno otapa minerale i oslobađa elemente koje voda zatim odnosi nizvodno. Sličan problem može nastati u rudnicima kada se izlože stijene bogate sulfidima, no izvori koje ova studija prati u arktičkom krajoliku prirodnog su podrijetla.
Najizraženije promjene istraživači su pronašli u procjednim vodama na padinama. Medijan njihove vrijednosti pH iznosio je 3,2, što znači da je riječ o izrazito kiseloj vodi. U zahvaćenim pritocima medijan je bio 6,9, dok je u nezahvaćenim dijelovima glavnih tokova uzvodno iznosio 8,3. Razlike pokazuju kako se kemijski sastav mijenja od mjesta oslobađanja prema većim rijekama.
U vodi se ne povećava samo količina željeza. Tim je mjerio i cink, nikal, kadmij te druge elemente, zajedno sa sulfatima koji nastaju pri oksidaciji sulfida. Narančasta boja stoga može poslužiti kao vidljivo upozorenje, ali sama boja rijeke ne otkriva koliko je pojedinog metala prisutno niti u kojem se obliku nalazi. Za to su potrebni uzorci i laboratorijske analize.
Veća rijeka ublažava kiselost, ali ne uklanja sve metale
Glavni riječni tokovi obuhvaćeni istraživanjem nisu postali kiseli. Njihova je voda imala sposobnost neutraliziranja kiselih dotoka. Neutralizacija kiselosti ipak nije uklonila povišene koncentracije svih metala.
U rijeci Salmon povišene koncentracije sulfata, željeza, cinka, nikla i kadmija zabilježene su i više od 100 kilometara nizvodno od kiselih dotoka. Istraživači su pratili i dio koji prolazi kroz filtar i dio vezan uz čestice. Najviše izmjerene koncentracije bile su do 70 puta veće nego uzvodno, ali taj se broj ne odnosi jednako na svaki element, svaki uzorak ili sve rijeke Aljaske.
Takav prijenos znači da se područje mogućeg utjecaja ne mora podudarati s mjestom na kojem je voda najnarančastija. Razrjeđivanje i neutralizacija mogu promijeniti izgled i pH, dok kemijski trag nastavlja putovati nizvodno. Zbog toga istraživanje kvalitete vode mora obuhvatiti i dionice udaljene od vidljivih izvora.
Promjena se može dogoditi naglo
Uz terenska mjerenja tim je razmotrio i dulje nizove podataka. U dva sliva koncentracije sulfata i cinka naglo su porasle između 2019. i 2020. godine, s povećanjima do 263 posto. To razdoblje slijedilo je nakon toplih, snježnih zima, što podupire pretpostavku da odmrzavanje mijenja putove podzemne vode i omogućuje oksidaciju sulfidnih minerala.
Deblji snježni pokrivač može djelovati kao izolacija i ograničiti zimsko hlađenje tla. No pojedini slivovi imaju različitu geologiju, raspored zamrznutog tla i tokove podzemne vode. Zbog tih razlika slivovi mogu drukčije reagirati na iste vremenske uvjete.
Odmrzavanje može preoblikovati i druge okoliše, što pokazuju istraživanja promjenama arktičkog morskog dna zbog odmrzavanja drevnog permafrosta, koja su pratila drukčiji proces povezan s dugotrajnim prijenosom topline. U aljaškim rijekama novo istraživanje prati kemijske posljedice promjena na kopnu.
Povišene koncentracije metala mogle bi predstavljati rizik za vodene organizme i zajednice koje ovise o rijekama. U ovom istraživanju nije potvrđen masovni pomor riba ni šteta na izvorima pitke vode. Procjena tih posljedica zahtijeva podatke o tome koliko su organizmi izloženi metalima, u kojem su kemijskom obliku metali prisutni i kako djeluju na ekosustav.
