Токсичная ржавчина захватывает реки Арктики — выяснили экологи
Исследование, опубликованное в журнале Communications Earth & Environment, помогло окончательно объяснить загадочное явление, которое в последние годы все чаще наблюдают на севере Аляски. Некогда прозрачные арктические реки приобретают ярко-оранжевый цвет из-за частиц железа, а их экосистемы начинают деградировать. Ученые подтвердили, что главный виновник — таяние вечной мерзлоты, и выяснили, какими именно путями этот процесс приводит к загрязнению воды.
Ранее исследователи уже связывали «ржавление» рек с потеплением климата, однако теперь им удалось проследить весь механизм от изменений в почве до последствий для водоемов.
Два пути к одной проблеме
Работа показала, что оранжевые отложения появляются по двум разным причинам.
В горных районах проблема начинается в породах, содержащих пирит — минерал, известный как «золото дураков». Пока грунт оставался замерзшим, пирит был изолирован от воды и воздуха. Но после оттаивания начинается химическая реакция, похожая на процессы, которые часто наблюдаются возле шахт.
«Когда пирит соприкасается с водой, он распадается. Он распадается на железо и серу, образуя серную кислоту, а также сульфаты и другие токсичные металлы», — объяснил биогеохимик Тим Лайонс из Калифорнийского университета в Риверсайде.
Попадая в насыщенную кислородом воду, растворенное железо превращается в мелкие частицы, напоминающие ржавчину, которые окрашивают реки и донные отложения в оранжевый цвет.
На низменностях действует другой механизм. Там расположены обширные заболоченные территории, которые расширяются по мере деградации вечной мерзлоты. В бедных кислородом почвах начинают активно работать микроорганизмы, использующие железо вместо кислорода для получения энергии.
«Когда мы дышим, кислород поступает внутрь и превращается в углекислый газ, который мы выдыхаем. Аналогично, микробы потребляют железо в низинных почвах и превращают его в водорастворимую форму», — рассказал один из авторов исследования Роман Дайал.
После попадания в ручьи такое железо также окисляется и образует характерный оранжевый налет.
Загрязнение может накапливаться годами
Исследователи обнаружили еще одну важную особенность процесса. Железо, высвобожденное во время летнего оттаивания почвы, не всегда сразу попадает в реки. Часть его может задерживаться в грунте и вымываться только через год или даже позже.
Сопоставив многолетние данные о температуре почвы и химическом составе воды, ученые пришли к выводу, что изменения качества воды можно прогнозировать заранее.
«Это означает, что мы можем использовать температуру грунта для прогнозирования качества воды в будущем», — отметил эколог Университета Аляски Пэдди Салливан.
Последствия для экосистем
Воздействие ржавчины на водоемы оказалось гораздо серьезнее, чем может показаться на первый взгляд. Частицы железа способны переноситься течением более чем на 100 километров. Они подавляют рост водорослей, нарушают пищевые цепочки, сокращают численность водных насекомых и забивают жабры рыб.
Особую тревогу вызывает ситуация с лососем. Для нереста этим рыбам необходимы чистые галечные участки дна, а молодь зависит от экосистем, основанных на водорослях и мелких беспозвоночных.
Проблема выходит за пределы Арктики
По словам авторов, аналогичные процессы могут происходить далеко за пределами Аляски. Подобное сочетание тающей вечной мерзлоты и богатых металлами пород встречается в северной Канаде, Альпах, Андах и других горных регионах.
«Это уже происходит в России и будет продолжаться везде, где есть подходящие геологические условия и повышение температуры», — сказал Лайонс.
Ученые отмечают, что в отличие от промышленного загрязнения этот процесс невозможно локализовать или быстро остановить. Однако понимание механизмов его развития поможет заранее выявлять наиболее уязвимые водоемы и защищать ключевые места обитания животных.
«После начала этого уже не исправить, — сказал Лайонс. — Но мы можем предупредить людей, живущих ниже по течению, и усердно работать над защитой тех мест, которые еще безопасны и менее уязвимы для коррозии».
