Une étude récente menée par des chercheurs de l'Université du Maryland a révélé que les ruisseaux et les rivières des États-Unis sont devenus plus salés et plus alcalins au cours des 50 dernières années. grâce aux dégivreurs routiers, les engrais et autres composés salés que les humains rejettent indirectement dans les cours d'eau. L'équipe a nommé cet effet « syndrome de salinisation de l'eau douce ».

De nouvelles recherches du même groupe dirigé par l'UMD examinent de plus près le conséquences régionales et locales du syndrome de salinisation des eaux douces. Le groupe a trouvé que salé, l'eau douce alcaline peut libérer une variété de produits chimiques, y compris les métaux toxiques et les composés azotés nocifs, du lit des cours d'eau et des sols des bassins versants. Les résultats suggèrent en outre que bon nombre de ces produits chimiques se déplacent ensemble à travers les bassins versants, formant des « cocktails chimiques » qui peuvent avoir des effets plus dévastateurs sur les approvisionnements en eau potable et les écosystèmes par rapport aux contaminants individuels seuls.

Le dernier travail du groupe, qui comprend des observations sur le terrain du Washington, Les régions métropolitaines de D.C. et de Baltimore, souligne la nécessité d'une réglementation nouvelle et plus complète et de stratégies de gestion de la pollution. L'équipe de recherche a publié ses conclusions le 3 décembre 2018 dans la revue Transactions philosophiques de la Royal Society B .

"L'essentiel de nos découvertes est que lorsque les humains ajoutent du sel aux cours d'eau, que le sel libère également beaucoup de produits chimiques collatéraux dangereux, " a déclaré Sujay Kaushal, professeur de géologie à l'UMD et auteur principal de l'étude. « Il est clair que les organismes de réglementation doivent trouver de nouvelles façons de lutter contre ces « cocktails chimiques » libérés par l'eau plus salée, plutôt que d'examiner individuellement les polluants d'eau douce un par un."

Salé, l'eau douce alcaline est déjà connue pour créer de gros problèmes pour l'approvisionnement en eau potable, infrastructures urbaines et écosystèmes naturels. Par exemple, quand Flint, Michigan, a basculé sa principale source d'eau vers la rivière Flint en 2014, la forte charge en sel de la rivière combinée à des traitements chimiques pour rendre l'eau plus corrosive, provoquant le lessivage du plomb des conduites d'eau et créant la crise de l'eau bien documentée de cette ville.

Le dernier projet de recherche de Kaushal et de ses collègues a étudié plus en détail les impacts des cocktails chimiques créés par l'eau plus salée. Le groupe a commencé par évaluer les données précédemment publiées sur les rivières des États-Unis, L'Europe , Canada, Russie, Chine et Iran, élargissant considérablement les limites géographiques des travaux antérieurs des chercheurs. Leur analyse suggère que le syndrome de salinisation des eaux douces pourrait être un phénomène mondial, avec le soutien le plus concluant montrant une tendance constante à l'augmentation des ions de sel dans les rivières américaines et européennes. Ces tendances remontent à au moins 50 ans, avec certaines données remontant assez loin pour soutenir une tendance sur 100 ans.

" Compte tenu de ce que nous trouvons, Je continue d'être surpris par l'ampleur et l'ampleur de la récente dégradation des eaux de surface de la Terre, " a déclaré le co-auteur de l'étude Gene Likens, président émérite du Cary Institute of Ecosystem Studies et éminent professeur de recherche à l'Université du Connecticut. "La formation de nouveaux cocktails chimiques provoque une détérioration bien au-delà de mes attentes."

Dans les états enneigés du Mid-Atlantic et en Nouvelle-Angleterre, le sel de voirie appliqué sur les routes en hiver est la principale cause du syndrome de salinisation de l'eau douce. Kaushal et ses collègues ont approfondi les conséquences chimiques du sel de voirie en effectuant des études de terrain détaillées dans des cours d'eau situés près de Washington, D.C. et Baltimore.

Dans une série d'observations, les chercheurs ont déjà échantillonné l'eau du ruisseau Paint Branch près du campus de l'UMD, pendant et après une tempête de neige en 2017. Cet aspect de l'étude a permis à l'équipe de retracer les effets du sel de voirie emporté dans les cours d'eau par la fonte des neiges.

"Nous avons pensé qu'il serait intéressant d'avoir une vue de la chimie dans une rivière urbaine pendant une tempête de neige, " a déclaré Kelsey Wood (BS '15, géologie), un étudiant diplômé en géologie à l'UMD et co-auteur de l'étude. "Les concentrations de sel pendant la tempête de neige étaient étonnamment élevées - c'était comme si nous analysions l'eau de mer. Mais nous ne nous attendions pas à un pic correspondant de métaux aussi élevé."

Des recherches antérieures ont montré que l'eau très salée peut forcer les métaux, en particulier le cuivre, cadmium, le manganèse et le zinc — hors des sols du lit des cours d'eau et dans l'eau des cours d'eau. Dans le flux Paint Branch, Kaushal et ses collègues ont noté de grandes pointes de cuivre, le manganèse et le zinc immédiatement après la tempête de neige. Dans une série d'observations similaires à Washington, Rock Creek de DC, l'équipe a observé des pics notables de cadmium, cuivre et zinc à la suite d'autres tempêtes de neige.

Dans une autre série d'expériences, les chercheurs ont ajouté artificiellement du sel au ruisseau de Gwynns Falls près de Baltimore pour simuler ce qui se passe pendant une tempête de neige et ont mesuré les concentrations de cuivre dans l'eau auparavant, pendant et après l'ajout de sel. Les données en aval ont montré un pic instantané de cuivre libéré du lit du cours d'eau, suggérant un lien direct entre la teneur en sel du ruisseau et le cuivre dans l'eau.

Les concentrations d'ions de sel peuvent rester élevées pendant des mois après une tempête, ajouta Kaushal. Cela allonge le temps pendant lequel le sel peut extraire les métaux du sol, résultant en des cocktails nocifs de métaux et de sels transportés loin en aval.

« En regardant les données sur la qualité de l'eau sur plusieurs mois en hiver, le sel reste élevé et a rarement une chance de revenir à la ligne de base avant que la prochaine tempête ne survienne et que plus de sel soit mis sur les routes, " dit Kaushal, qui a également un rendez-vous au Centre interdisciplinaire des sciences du système terrestre de l'UMD. "Cette charge élevée en sel libère non seulement des métaux et d'autres contaminants, mais il existe également des preuves que l'impulsion de sel initiale libère d'autres ions de sel du lit du cours d'eau et des sols, comme le magnésium et le potassium, qui contribuent en outre à maintenir des niveaux de sel élevés."

Dans le Midwest fortement agricole et les régions des États du Mid-Atlantic, les engrais agricoles sont une cause importante du syndrome de salinisation des eaux douces. Pour aller plus loin, l'équipe de recherche a examiné les données sur la qualité de l'eau provenant de 26 sites de surveillance différents de l'US Geological Survey (USGS) le long des rivières de ces régions.

Ces stations USGS ont collecté des données toutes les 15 minutes sur la salinité, pH et ions nitrate – un sous-produit nocif des engrais agricoles et d'autres contaminants. Ces mesures à haute fréquence ont donné à l'équipe de recherche des informations précieuses en temps réel, avec plusieurs rivières montrant un lien clair et presque immédiat entre l'augmentation de la salinité et les concentrations de nitrates.

"Tome, cette étude met en évidence la nécessité de considérer le sel comme un contaminant émergent dans l'eau douce, " a déclaré Shahan Haq (BS '14, sciences physiques), un étudiant diplômé en géologie à l'UMD et co-auteur de l'étude. "La capacité du sel à déplacer les métaux lourds comme le cuivre des sédiments dans l'eau pourrait avoir des implications dangereuses pour notre eau potable et pourrait être toxique pour la faune. Nos observations suggèrent que certaines rivières sont déjà en danger, surtout ici dans l'est des États-Unis, juste après les applications de sel de voirie. »