Záhada aljašských oranžových řek je konečně vyřešena

Arktické řeky na Aljašce mají velký, oranžový problém. Dříve čisté řeky se díky železným částicím zbarvují do zakalené oranžové barvy a je to více než nevzhledné. Částice mohou udusit ryby a udusit hmyz, což ohrožuje potravní síť a ekosystém jako celek.

Vědci již dlouho poukazují na to, že dříve zmrzlá půda, která začíná tát, je potenciálním viníkem kontaminace řek v odlehlém pohoří Brooks na severu Aljašky, a studie nedávno zveřejněná v Komunikace Země a životní prostředí dokazuje to. Výzkum také ukazuje dva odlišné způsoby, jak tato tající půda reziví řeky a může vědcům pomoci předpovědět, kam se škody pravděpodobně rozšíří příště.

„Člověk by si myslel, že pokud se nějaký ekosystém může schovat před účinky oteplování a velkých lidských stop, byl by to tento. Ale není tomu tak,“ uvedl Tim Lyons, spoluautor studie a biogeochemik z University of California, Riverside. „Neexistuje žádné bezpečné místo.“

vědec odebírá vzorky říční vody, která se zbarvila do oranžova — Výzkumník odebírá rezavou aljašskou říční vodu. *Obrázek: Tim Lyons/UCR*.

Od rozmrazování permafrostu po pomerančovou vodu

Permafrost je kámen nebo půda obsahující led, který byl zmrzlý dva nebo více let. Aljaška se otepluje dvakrát až třikrát rychleji, než je celosvětový průměr, a taje část permafrostu, který byl zamrzlý po tisíce let. Tající permafrost už ohrožuje fjord Tracy Arm, oblíbený cíl aljašských plaveb.

Jakmile začne ledem naplněný permafrost v důsledku klimatických změn tát, může se změnit v bahno, které neunese váhu půdy nebo vegetace nad ním. To může ohrozit infrastrukturu vybudovanou lidmi, jako jsou domy, potrubí a silnice. Může také odhalit částice železa z hornin, které zbarvují řeky do oranžova, což je proces zvaný rezivění.

Rezavění má vážné ekologické důsledky. Jemné železné částice mohou zůstat ve vodě až 60 mil, dusí řasy, narušují populace hmyzu a ucpávají žábry ryb. Tyto změny již mohou ovlivnit lososy na Aljašce a Kanadě, kteří se při tření spoléhají na štěrková koryta řek a spoléhají na řasy jako potravu v raných fázích života.

Problém se zlatem shora dolů

Pro tuto novou studii se tým podíval na široký regionální pohled na zhruba 600 mil Brooks Range. Poté si přiblížili konkrétní říční systém a následoval ještě bližší pohled na jeden potok. Tento přístup shora dolů jim pomohl propojit větší regionální vzorce se specifickými procesy na místě.

„Ve středních, více zalesněných nadmořských výškách se toho moc neděje. Ale ve vyšších a nižších polohách jsme mohli vidět zřetelně odlišné jevy,“ řekl Roman Dial, emeritní profesor matematiky a biologie spoluautor studie na Alaska Pacific University.

Ve vyšších nadmořských výškách začíná problém ve skalnaté zemi obsahující pyrit, neboli bláznovo zlato. Vzhledem k tomu, že země byla po mnoho let zamrzlá, voda a vzduch neovlivňovaly pyrit. Rostoucí teploty však začaly tát půdu a spustily proces zvaný kyselé odvodňování hornin. Minerály a horniny jsou vystaveny kyslíku a vodě a zhoršují kvalitu vody.

„Když se pyrit setká s vodou, rozpadne se. Rozkládá se na železo a síru, čímž vzniká kyselina sírová, stejně jako síran a další toxické kovy,“ řekl Lyons. „Když se voda bohatá na železo smísí s větším množstvím kyslíku, železo se změní na částice podobné rzi, které barví vodu a barví spodní sedimenty oranžově.“

V nižších polohách je to úplně jiný příběh. Krajina je pokryta mokřady, které mění tvar a rozšiřují se dolů, jak taje permafrost. V těchto více rozmočených místech mají půdy málo kyslíku. Takže místo vdechování kyslíku mikroby ve vodě (většinou bakterie) přijímají železo.

„Když dýcháme, kyslík vstupuje dovnitř a přeměňuje se na oxid uhličitý, který vydechujeme,“ řekl Dial. „Podobně mikrobi spotřebovávají železo v nížinných půdách a přeměňují ho na formu rozpustnou ve vodě, která prosakuje do potoků a vede k rezivění, když se setká s okysličenou povrchovou vodou.“

Dohromady, jak kyselá drenáž hornin, tak mikroby vdechující více železa pomáhají vysvětlit, proč se oranžové vody objevují v tak velkých a odlehlých oblastech po celé severní Aljašce a těsně sledují oblasti, kde rozmrzá permafrost.

Přímý odkaz

Tým také zjistil opožděný účinek, který by mohl pomoci předpovědět budoucí kontaminaci. Během léta aktivní vrchní vrstva půdy rozmrzne až do nejhlubšího bodu. Před zimou pak znovu zamrzne. Železo uvolněné během jednoho letního tání se může zachytit a následně spláchnout do řek v následujícím roce.

Studiem dlouhodobých dat o teplotě země a chemického složení proudu lze toto zpoždění využít k předvídání nárůstu hladin kovů.

„To znamená, že můžeme použít teploty země, abychom pomohli předpovídat kvalitu vody v budoucnu,“ dodal spoluautor studie a ekolog Paddy Sullivan z University of Aljaška. V roce 2019 si Sullivan poprvé všiml dramatických změn řeky, které vypadaly „jako odpadní vody“ během terénních prací v regionu.

Protože doly obvykle kontrolují vody v jejich blízkosti, aby minimalizovaly znečištění, tým se spojil s vědci ze zinkového dolu Red Dog na severozápadě Aljašky. Tamní vědci mají dlouhodobé teplotní záznamy z vrtů, které jsou vrtány hluboko do země, a z chemických vzorků v potocích. Propojení podzemních měření se změnami v chemismu potoka přímo propojilo tající permafrost s rezavějícími řekami.

I když je obtížné tento problém zvládnout a zvládnout, předpovídání, kde se může kontaminace objevit příště, by mohlo pomoci určit a chránit kritická stanoviště. Toto předpovídání je zvláště důležité pro komunity, které jsou na těchto vodách závislé a na rybolovu, který tam žije, kvůli potravě a kulturním zvyklostem.

„Když to začne, nejde to opravit,“ řekl Lyons. „Ale můžeme dát lidem po proudu pozor a tvrdě pracovat na ochraně míst, která jsou stále bezpečná a méně zranitelná vůči korozi.“