Засоление пресной воды
| Часть серии о |
| Загрязнение |
|---|
 |
Засоление пресной воды – это процесс загрязнения пресноводных экосистем солеными стоками , который в определенных количествах может нанести вред водным видам и загрязнить питьевую воду . [1] Это часто измеряется повышенным количеством растворенных минералов, чем обычно считается для наблюдаемой территории. [2] Естественное засоление называется первичным засолением; сюда входят осадки, выветривание горных пород, проникновение морской воды и отложения аэрозолей. [3] Антропогенное засоление называется вторичным засолением, при этом является использование противообледенительных наиболее распространенной формой стока солей для дорог . [4] Примерно 37% дренажных систем в Соединенных Штатах пострадали от засоления в прошлом столетии. [1] Агентство по охране окружающей среды определило два пороговых значения здорового уровня солености в пресноводных экосистемах: 230 мг/л Cl. − для среднего уровня солености и 860 мг/л Cl − для острых входов. [5]
Первичное засоление
[ редактировать ]Соленость играет важную роль в попытках пресноводных организмов поддерживать осмотический баланс между концентрацией ионов и их внутренними жидкостями. Засоление увеличивает осмотическое давление, что отрицательно влияет на шансы организма на приспособленность и выживание. [3] По общим наблюдениям, более высокий уровень солености в пресноводной среде может привести к снижению видового богатства , хотя токсичность варьируется в зависимости от пресноводных видов и характера ионов, вызывающих засоление. [6] Исключая смерть организма, избыточная соленость может также привести к снижению приспособленности как индивидуума, так и популяции из-за задержки роста в подростковом возрасте. [7] снижение способности к кормлению, [8] окислительный стресс, [9] и общее уродство тела. [10]
Избыточное количество соленой воды в пресноводных районах также играет значительную роль в более крупных популяционных масштабах; они могут изменить трофические взаимодействия внутри экосистем [11] и трансформировать ранее существовавшие биохимические циклы в «новые», изменяя направление потока соединений. Нарушение экосистем может способствовать вторжению инвазивных видов, способных переносить условия от солоноватой до соленой воды. [12]
Влияние на здоровье человека
[ редактировать ]Большая часть воды, которую люди используют и потребляют каждый день, поступает из пресноводных источников. [13] Высокие концентрации солей в источниках питьевой воды могут привести к множеству вредных последствий для здоровья человека. [14] Исследование двух прибрежных деревень в Бангладеш показало, что употребление пресной воды, загрязненной высокой концентрацией солености, может привести к таким проблемам со здоровьем, 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] Пресные воды, которые являются щелочными и солеными, также могут мобилизовать и выделять различные химические вещества, которые вместе перемещаются по водоразделам , загрязняют источники воды человека и могут вызывать различные негативные последствия для здоровья людей при их употреблении. [16] Эти токсичные химикаты, часто состоящие из металлов и азотсодержащих соединений, либо вытесняются из русловых почв ионами солей, либо [16] или соленость воды вызывает коррозию труб, в результате чего химические вещества попадают в источник воды. [17] Примером этого стал город Флинт, штат Мичиган . Из-за высокой концентрации соли в источнике воды реки Флинт из-за соленых стоков с близлежащих дорог, вода, проходящая через трубы жильцов, способствовала коррозии и выбросу свинца в питьевую воду. [17]
Вторичное засоление
[ редактировать ]
Взаимодействие человека ускоряет темпы первичного засоления. Освоение земель, такое как строительство и добыча полезных ископаемых , приводит к тому, что соединения, обнаруженные в коренных породах, высвобождаются из труднодоступных мест и выходят на поверхность, где затем подвергаются ускоренному выветриванию, что в конечном итоге приводит к выщелачиванию ионов в близлежащие источники воды. Сельскохозяйственная практика также приводит к образованию сильно засоленного орошения, которое может попасть в пресную воду из-за внесения различных пестицидов или стоков, связанных с животноводством, а естественно соленые грунтовые воды могут быть выведены на поверхность в результате расчистки земель . [3]
Хлор в форме хлорида признан наиболее распространенным типом антропогенных солей, попадающих в окружающую среду. [2] В сельскохозяйственной практике хлор смешивают с другими соединениями для получения антибактериального растворителя, используемого для очистки воды. Эта очищенная вода перемещается с полей в водоразделы, где она может оставаться там в течение длительного периода времени. Агрегация хлора особенно распространена при неправильном орошении. Повышенный уровень хлоридов может привести к подкислению, перемещению металлоидных соединений посредством ионного обмена со руслом реки, изменению режима перемешивания озер и изменению биотических отношений в пресной воде. [18]
Воздействие на пресноводные организмы
[ редактировать ]Из-за проницаемости тела соленость водной среды организма может иметь огромное влияние на клеточную стабильность. [3] Организмам, обитающим в пресноводных экосистемах, необходимо поддерживать осмотический баланс между жидкостями организма и концентрацией ионов внутри клеток. [3] Изменения осмотического давления требуют большого количества энергии и могут привести к повреждению клеток и гибели клеток внутри организмов. [3] Изменения уровня солености влияют на организмы в пресноводных экосистемах как прямо, так и косвенно. [19] Токсичные уровни ионов соли могут напрямую приводить к физиологическим изменениям у видов, которые могут оказывать вредное воздействие не только на человека, но и на популяцию вида. [19] Различные воздействия на эти организмы могут затем косвенно повлиять на всю пресноводную экосистему, изменяя структуру и функции водных сообществ. [19] Поскольку соленость увеличивается в пресноводной экосистеме, это часто приводит к уменьшению биоты . разнообразия и богатства [19] Темпы вымирания пресноводных организмов являются одними из самых высоких в мире. [3] и поскольку уровень солености в этих водных экосистемах продолжает расти, под угрозой окажется все больше видов и их среда обитания.
Засоление пресной воды может отрицательно повлиять на видовое богатство, разнообразие и состав сообществ на многих трофических уровнях. Конкурентные взаимодействия между зоопланктоном могут меняться по мере увеличения солености, в результате чего такие виды, как Simocephalus vetulus, вытесняют обычно доминирующую Daphnia galeata в условиях воздействия высокой солености. [20] Видовое богатство и разнообразие снижается по мере увеличения солености и для большинства видов макробеспозвоночных. [21] Численность поденок , веснянок и ручейников , которые считаются хорошими индикаторами здоровья ручьев, продемонстрировала особенно резкое снижение численности из-за повышения солености. [21] На некоторые виды рыб засоление оказывает негативное воздействие. В нижнем течении реки Пекос в районах с высоким засолением исчезли 13 из 44 местных видов рыб. [22] Однако у некоторых рыб наблюдается снижение концентрации только тогда, когда соленость достигает экстремального уровня. [23]
Исследование, проведенное в Балтиморе, показало, что при низких концентрациях повышенный уровень хлоридов препятствует процессу денитрификации в озерах, что имеет решающее значение для удаления нитратов , побочного продукта аммиака из рыб и других водных организмов. Уровни хлоридов на северо-востоке США сезонно повышаются примерно до 5 граммов на литр из-за использования уличной соли зимой. Эти колебания приводят к тому, что пресноводные сообщества, расположенные ближе к городским районам, сокращают биоразнообразие и трофическую сложность. [24]
Биомодификация солевой токсичности
[ редактировать ]Из-за многочисленных одновременных стрессоров, присутствующих в пресноводных сообществах, повышенный уровень засоления может иметь непредвиденные последствия, вызванные взаимодействием с другими соединениями. Синдром засоления пресной воды (FSS) считается известной угрозой для пресной воды, расположенной в Северной Америке и Европе . [3] Взаимодействие между солью и pH, питательными веществами, металлами и катионами оснований 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, которой будет реагировать вид. Чтобы правильно распознать угрозу, которую играет соленость, необходимо учитывать правильные пропорции каждого присутствующего иона. Чувствительность также варьируется в зависимости от вида. Исследования, посвященные абиотическим взаимодействиям с пресноводными организмами, показали, что соленость оказывает аддитивный эффект на вредные соединения, наблюдаемые в большинстве случаев, но не всегда, что затрудняет процесс прогнозирования для ученых. [3]
Засоление и подщелачивание были связаны с изучением засушливых регионов Северной Америки и отрицательно повлияли на 37% и 90% водосборных площадей пресной воды соответственно. Их взаимодействие лучше всего заметно по уровням повышения pH в ручьях и реках, измеренным на 232 объектах Геологической службы США в 2018 году. Среди этих объектов на 66% отмечено значительное повышение pH, при этом наиболее часто затронутым районом являются густонаселенные города на востоке и средний запад. Наряду с обычными виновниками засоления, такими как сельскохозяйственные стоки и дорожный лед, известь и бетон быстро выветриваются, внося в водные потоки основные ионы и соли. Заметные признаки FSS включают ухудшение инфраструктуры, снижение биоразнообразия и повышенную мобилизацию загрязняющих веществ в водной системе. В сочетании с фотосинтезирующими организмами базовые уровни pH могут входить в петлю положительной обратной связи из-за дефицита растворенного углерода в воде по сравнению с количеством растворенного углекислого газа, что еще больше усугубляет FSS. [1]
Профилактика и исправление
[ редактировать ]Восстановление может произойти путем создания национальной стандартизированной базы данных, в которой местные органы власти и компании смогут сообщать о количестве и химической концентрации дорожных солей, которые выбрасываются для борьбы с обледенением. [25] Это поможет регулировать и контролировать выбросы ионов в окружающую среду, чтобы можно было более тщательно контролировать воздействие близлежащих источников пресной воды. [25] Также необходим стандартизированный справочник, разработанный авторитетными учеными, который показывает, каковы средние ожидаемые уровни ионов соли для нормальной пресноводной экосистемы. [25] Канадское исследование предложило использовать галофитные растения, чтобы помочь устранить воздействие солей в почве и предотвратить их проникновение в грунтовые воды. [26] Галофиты — это растения с высокой солеустойчивостью, и цель исследования заключалась в том, чтобы выяснить, можно ли их сажать вокруг участков с высоким уровнем использования соли на дорогах, чтобы предотвратить попадание соли 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 соли с дорог из источников пресной воды. Если бы галофиты потенциально были высажены вокруг источников пресной воды, возможно, ионы соли с меньшей вероятностью попадут в источники пресной воды, и соленость можно будет ограничить или предотвратить. Что касается других вредных действий человека, таких как добыча полезных ископаемых, защитники природы и волонтеры сажают виды местных деревьев и растений Аппалачей на участках, которые ранее использовались для горнодобывающей деятельности. Мы надеемся, что пересадка этих местных растений восстановит землю, которая была разрушена в результате горных работ, и увеличит биоразнообразие в Аппалачах. [27] Красная ель была одним из местных видов, который был повторно интродуцирован из-за ее важной способности фильтровать и улавливать воду из глубокого органического слоя окружающей ее почвы. [27] 90% посаженных красных елей сохранились, [27] что демонстрирует многообещающие усилия по восстановлению за счет использования местных видов.
Библиография
[ редактировать ]- ^ Перейти обратно: а б с Каушал, Суджай С.; Ликенс, Джин Э.; Пейс, Майкл Л.; Утц, Райан М.; Хак, Шахан; Горман, Джулия; Грезе, Мелисса (08 января 2018 г.). «Синдром засоления пресных вод в континентальном масштабе» . Труды Национальной академии наук . 115 (4): E574–E583. Бибкод : 2018PNAS..115E.574K . дои : 10.1073/pnas.1711234115 . ISSN 0027-8424 . ПМЦ 5789913 . ПМИД 29311318 .
- ^ Перейти обратно: а б «Засоление – обзор | Темы ScienceDirect» . www.sciencedirect.com . Проверено 13 октября 2020 г.
- ^ Перейти обратно: а б с д и ж г час я Каньедо-Аргуэльес, Мигель; Кеффорд, Бен; Шефер, Ральф (21 января 2019 г.). «Соль в пресных водах: причины, последствия и перспективы – введение в тему вопроса» . Философские труды Королевского общества B: Биологические науки . 374 (1764). дои : 10.1098/rstb.2018.0002 . ISSN 0962-8436 . ПМК 6283966 . ПМИД 30509904 .
- ^ Эванс, DM; Вилламанья, AM; Грин, МБ; Кэмпбелл, Дж. Л. (16 августа 2018 г.). «Истоки засоления ручьев в горном водоразделе Новой Англии» . Экологический мониторинг и оценка . 190 (9): 523. doi : 10.1007/s10661-018-6802-4 . ISSN 1573-2959 . ПМИД 30116969 . S2CID 52022441 .
- ^ Мур, Джоэл; Фанелли, Розмари М.; Секеллик, Эндрю Дж. (21 января 2020 г.). «Мур, Дж., Р.М. Фанелли и А.Дж. Секеллик (2020). Высокочастотные данные показывают, что противообледенительные соли приводят к повышению удельной проводимости и содержанию хлоридов, а также к повсеместному и частому превышению критериев водной жизни Агентства по охране окружающей среды США по содержанию хлоридов в городских ручьях» . doi : 10.1021/acs.est.9b04316.s001 .
{{cite journal}}: Для цитирования журнала требуется|journal=( помощь ) - ^ Кеффорд, Бен Дж.; Марчант, Ричард; Шефер, Ральф Б.; Метцелинг, Леон; Данлоп, Джейсон Э.; Чой, Сатиш К.; Гунан, Питер (январь 2011 г.). «Определение видового богатства, используемое в распределениях чувствительности видов, приблизительно соответствует наблюдаемому воздействию солености на речных макробеспозвоночных» . Загрязнение окружающей среды . 159 (1): 302–310. дои : 10.1016/j.envpol.2010.08.025 . ISSN 1873-6424 . ПМИД 20932614 .
- ^ Хассел, Кэтрин Л.; Кеффорд, Бен Дж.; Нугегода, Даянти (октябрь 2006 г.). «Сублетальная и хроническая толерантность к солености трех пресноводных насекомых: Cloeon sp. и Centroptilum sp. (Ephemeroptera: Baetidae) и Chironomus sp. (Diptera: Chironomidae)» . Журнал экспериментальной биологии . 209 (Часть 20): 4024–4032. дои : 10.1242/jeb.02457 . ISSN 0022-0949 . ПМИД 17023596 .
- ^ Соучек, Дэвид Джон (1 августа 2007 г.). «Сульфат натрия влияет на питание, специфическое динамическое действие и скорость роста пресноводных двустворчатых моллюсков Corbicula fluminea» . Водная токсикология (Амстердам, Нидерланды) . 83 (4): 315–322. дои : 10.1016/j.aquatox.2007.05.006 . ISSN 0166-445X . ПМИД 17590452 .
- ^ Каньедо-Аргуэльес, Мигель; Комната, Майкл; Пейшото, Габриэла; Луговой, Нарцисс; Фария, Мелисса; Соареш, Амадеу МВМ; Дешево, Карлос; Кеффорд, Бен (01 января 2016 г.). «Может ли соленость вызвать каскадные эффекты на ручьях? Мезокосмический подход» . Наука об общей окружающей среде . 540 : 3–10. Бибкод : 2016ScTEn.540....3C . doi : 10.1016/j.scitotenv.2015.03.039 . ISSN 1879-1026 . ПМИД 25818391 .
- ^ Чинатамби, Кавита; Рейна, Ричард Д.; Бейли, Пол CE; Лиз, Белинда К. (2 июня 2006 г.). «Влияние солености на выживание, рост и развитие головастиков коричневой квакши Litoria ewingii» . Австралийский журнал зоологии . 54 (2): 97–105. дои : 10.1071/ZO06006 . ISSN 1446-5698 .
- ^ Хинц, Уильям Д.; Мэттс, Брайан М.; Шулер, Мэтью С.; Джонс, Девин К.; Столер, Аарон Б.; Линд, Ловиса; Релиа, Рик А. (апрель 2017 г.). «Засоление запускает трофический каскад в экспериментальных пресноводных сообществах с различной длиной пищевой цепи» . Экологические приложения . 27 (3): 833–844. дои : 10.1002/eap.1487 . ISSN 1051-0761 . ПМИД 27992971 .
- ^ Герберт, Эллен Р.; Бун, Пол; Бургин, Эми Дж.; Нойбауэр, Скотт С.; Франклин, Рима Б.; Ардон, Марсело; Хопфенспергер, Кристина Н.; Ламерс, Леон ПМ; Гелл, Питер (2015). «Глобальный взгляд на засоление водно-болотных угодий: экологические последствия растущей угрозы пресноводным водно-болотным угодьям» . Экосфера . 6 (10): арт206. дои : 10.1890/ES14-00534.1 . ISSN 2150-8925 .
- ^ «Пресная вода (озера и реки) и круговорот воды» . www.usgs.gov . Проверено 8 октября 2020 г.
- ^ Перейти обратно: а б Чакраборти, Ришика; Хан, Халид М.; Дибаба, Дэниел Т.; Хан, Мэриленд Альфазал; Ахмед, Али; Ислам, Мохаммад Захирул (октябрь 2019 г.). «Последствия солености питьевой воды для здоровья в прибрежных районах Бангладеш» . Международный журнал экологических исследований и общественного здравоохранения . 16 (19): 3746. doi : 10.3390/ijerph16193746 . ISSN 1661-7827 . ПМК 6801928 . ПМИД 31590283 .
- ^ Акиб Джабед, Мэриленд; Пол, Алак; Натх, Тапан Кумар (01 марта 2020 г.). «Восприятие людьми воздействия солености воды на здоровье человека: пример юго-восточного прибрежного региона Бангладеш» . Экспозиция и здоровье . 12 (1): 41–50. дои : 10.1007/s12403-018-0283-0 . ISSN 2451-9685 . S2CID 135105802 .
- ^ Перейти обратно: а б «Соленые водные пути создают опасные «химические коктейли» » . ЭврекАлерт! . Проверено 8 октября 2020 г.
- ^ Перейти обратно: а б «Больше соли в нашей воде приводит к созданию новых страшных «химических коктейлей» » . Откровитель . 23 января 2019 г. Проверено 8 октября 2020 г.
- ^ Каушал, СС (01 января 2009 г.), «Хлорид» , в Лайкенсе, Джин Э. (ред.), Энциклопедия внутренних вод , Оксфорд: Academic Press, стр. 23–29, ISBN. 978-0-12-370626-3 , получено 13 октября 2020 г.
- ^ Перейти обратно: а б с д Нильсен, Д.Л.; Брок, Массачусетс; Рис, Дж. Н.; Болдуин, DS (2003). «Влияние повышения солености на пресноводные экосистемы Австралии» . Австралийский журнал ботаники . 51 (6): 655–665. дои : 10.1071/bt02115 . ISSN 1444-9862 .
- ^ Лурейро, Клаудия; Перейра, Джоана Л.; Педроса, М. Арминда; Гонсалвеш, Фернандо; Кастро, Бруно Б. (5 августа 2013 г.). «Конкурентный результат экспериментальных микрокосмов дафний-симоцефалов: соленость и приоритетные эффекты» . ПЛОС ОДИН . 8 (8): е70572. Бибкод : 2013PLoSO...870572L . дои : 10.1371/journal.pone.0070572 . ISSN 1932-6203 . ПМЦ 3734296 . ПМИД 23940594 .
- ^ Перейти обратно: а б Тимпано, Энтони Дж.; Шенхольц, Стивен Х.; Соучек, Дэвид Дж.; Зиппер, Карл Э. (2018). «Реакция сообщества донных макробеспозвоночных на засоление верховьев ручьев в Аппалачах, США, в течение нескольких лет». Экологические показатели . 91 : 645–656. дои : 10.1016/j.ecolind.2018.04.031 . ISSN 1470-160X . S2CID 90410472 .
- ^ Хоагстрем, Кристофер (2009). «Причины и последствия засоления в нижнем течении реки песо». Исследование великих самолетов . 19 : 27–44.
- ^ Хинц, Уильям Д.; Релиа, Рик А. (31 июля 2017 г.). «Соленый ландшафт страха: реакция рыб и зоопланктона на засоление пресной воды и стресс хищников». Экология . 185 (1): 147–156. Бибкод : 2017Oecol.185..147H . дои : 10.1007/s00442-017-3925-1 . ISSN 0029-8549 . ПМИД 28762176 . S2CID 23252719 .
- ^ Каушал, СС; Гроффман, премьер-министр; Лайкенс, GE; Ремень, КТ; Стек, В.П.; Келли, VR; Группа, Ле; Фишер, GT (12 сентября 2005 г.). «С обложки: Повышенное засоление пресной воды на северо-востоке США» . Труды Национальной академии наук . 102 (38): 13517–13520. дои : 10.1073/pnas.0506414102 . ISSN 0027-8424 . ПМЦ 1224654 . ПМИД 16157871 .
- ^ Перейти обратно: а б с Шулер, Мэтью С.; Каньедо-Аргуэльес, Мигель; Хинц, Уильям Д.; Дайак, Бренда; Бирк, Себастьян; Релиа, Рик А. (21 января 2019 г.). «Нужны правила защиты пресноводных экосистем от засоления» . Философские труды Королевского общества B: Биологические науки . 374 (1764): 20180019. doi : 10.1098/rstb.2018.0019 . ПМК 6283961 . ПМИД 30509918 .
- ^ Перейти обратно: а б с Манн, Эллен (01 октября 2019 г.). Загрязнение дорожных соляных почв и методы его устранения галофитами (дипломная работа).
- ^ Перейти обратно: а б с «Восстановление Аппалачей: попытка вернуть родные леса угольной стране» . Йель E360 . Проверено 23 октября 2020 г.