Для прибрежных сообществ, стремящихся уменьшить загрязнение, азот является основной целью. Азот и содержащие его молекулы нитратов часто попадают в прибрежные воды с сельскохозяйственными стоками и отходами жизнедеятельности человека. Их изобилие приводит к цветению водорослей, нарушая хрупкий баланс флоры и фауны.
Многие сообщества Южной Флориды утилизируют очищенные сточные воды, содержащие нитраты и другие вещества, путём их неглубокого впрыскивания в грунт ниже уровня грунтовых вод. Микробы, обитающие в подземных водах в пористых известняковых породах, преобразуют и потребляют нитраты из сточных вод, превращая их в газообразный азот или аммоний.
Однако подземные микробы являются несовершенным, хотя и полезным, противоядием от азота в сточных водах на Флорида-Кис. Это открытие, по словам исследователей из Пенн-Стейт, может помочь другим прибрежным районам в разработке стратегий очистки. Учёные опубликовали свои выводы и потенциальные применения в журнале The Depositional Record, посвящённом седиментологии.
Команда из Пенн-Стейт ранее оценивала фосфаты — питательные вещества, участвующие во многих биологических процессах и применяемые в промышленности, например, в удобрениях — и их удаление из неглубоко впрыснутых сточных вод вблизи очистного сооружения в Марафоне, штат Флорида.
Очистное сооружение выпускает стоки на глубине от 60 до 90 футов в пористый известняк вблизи береговой линии. Отбирая пробы из ряда скважин, расположенных между скважиной для впрыскивания стоков и береговыми линиями залива Флорида и гавани Бут-Ки, которые впадают в Атлантический океан, в период с 2021 по 2023 год, исследователи постоянно обнаруживали, что значительное количество азота и фосфора мигрировало к берегу. Это указывает на то, что, хотя подземные микробы преобразовывали и потребляли часть нитратов и фосфатов, они не смогли полностью захватить все питательные вещества.
«Как количество нитратов и фосфатов, уже удалённых из воды, так и их оставшееся количество со временем сильно менялось», — сказала ведущий автор Микела Инголлс, доцент кафедры наук о Земле в Колледже наук о Земле и полезных ископаемых штата Пенсильвания. «Для подтверждения потребуются дополнительные исследования».
Исследования фосфатов и азота были профинансированы Агентством по охране окружающей среды. Официальные лица национального морского заповедника Флорида-Кис обеспокоены угрозой для экосистем, находящихся под угрозой.
Исследователи также хотели установить, служат ли неглубокие инъекции в этом районе «функциональным эквивалентом» прямого сброса неочищенных сточных вод. Термин «функциональный эквивалент» имеет центральное значение в решении Верховного суда США в 2020 году, когда судьи постановили, что для прямых сбросов в судоходные воды необходимы разрешения — или их эквиваленты. Неглубокие инъекции ниже уровня грунтовых вод также требуют разрешений в соответствии со стандартными экологическими нормами.
Исследователи обнаружили, что инъекции не эквивалентны прямому сбросу в океан. Они объяснили, что биогеохимические циклы, происходящие на пути, по которому отходы возвращаются в поверхностные воды, значительно фильтруют их содержимое по сравнению с прямым сбросом. Однако, по словам Инголлс, результаты исследования азота показывают, что сточным водам может потребоваться больше времени для достижения прибрежных вод, чтобы лучше отфильтровать загрязняющие вещества и избежать негативного воздействия на экосистему.
«Неглубокая инъекция не является на 100% эффективной, — сказала Инголлс. — Таким образом, вы всё равно впрыскиваете определённое количество этих загрязняющих веществ в экосистему, окружающую Флорида-Кис».
Одним из решений может быть изменение химического состава сточных вод для повышения их солёности и плотности. Такой подход мог бы замедлить подъём сточных вод на поверхность, дав им больше времени для фильтрации, объяснила Инголлс.
Городской совет Марафона согласился в 2023 году отказаться от неглубоких инъекций. Экологическая группа подала в суд на город из-за этой практики, сославшись, в частности, на предварительные данные более раннего исследования фосфатов.
«После решения Верховного суда штат пытается отказаться от практики неглубоких инъекций, — сказала она. — Но это финансовое бремя».
Дальнейшие исследования будут посвящены процессу, называемому адсорбцией, когда фосфаты связываются с карбонатными породами, состоящими из древних коралловых рифов. В следующем проекте исследователи изучают, как долго фосфаты остаются прикреплёнными и как легко они могут раствориться обратно в воде.
Вклад в недавнее исследование внесли Ли Камп, декан Джона Леоне в Колледже наук о Земле и полезных ископаемых и профессор наук о Земле; Кейт Мейерс, получившая степень магистра в Пенн-Стейт в 2023 году; и Эмили Столлер, ассистент-исследователь.
Предоставлено Pennsylvania State University.