Een rivier in het noorden van Alaska trok onlangs de aandacht van de wetenschappelijke gemeenschap nadat delen van de waterweg dramatisch van kleur veranderden, een feit dat erop duidde dat de bron ondergronds was en niet slechts een tijdelijke oppervlakteverandering. De kleurverandering wordt in verband gebracht met de toenemende hoeveelheden opgeloste metalen in het riviersysteem, en het proces wordt langzaam ontdekt in verschillende delen van het Noordpoolgebied. Door de temperatuurstijging en het smelten van de permafrost komen materialen die lange tijd ondergronds bevroren zijn geweest vrij in de bodem en waterwegen rondom het gebied. Dit is een uitdaging voor de kwaliteit van zoet water, de aquatische ecosystemen en zelfs voor de mensen die de Arctische rivieren gebruiken voor voedsel en als middel voor culturele continuïteit. Uitleggen waarom deze rivieren verschillende kleuren krijgen, is een stap in de richting van het begrijpen van klimaatgestuurde geochemische processen die de poollandschappen daadwerkelijk veranderen.
Hoe smeltende permafrost het vrijgeven van verborgen metalen in arctische rivieren
Permafrost heeft metalen zoals ijzer, zink, koper en nikkel in de bevroren sedimenten vastgehouden en kan om deze reden worden gezien als een natuurlijke afdichting. In het noorden van Alaska heeft een lange periode van opwarming de vernietiging van deze muur onvermijdelijk gemaakt, waardoor mineraalrijke bodems worden blootgesteld aan zuurstof, water en microben. Deze nieuw blootgestelde mineralen oxideren, en als de ijzerhoudende verbindingen dat doen, lossen ze op in het smeltwater en grondwater dat uiteindelijk rivieren wordt. De oranje kleur die in de rivieren is waargenomen, is grotendeels het gevolg van de oxidatie van ijzer, wat op zijn beurt roestkleurige deeltjes produceert die in stromend water kunnen blijven zweven.Deze chemische verandering heeft ook een grote impact op de fysische en chemische eigenschappen van de stroom, aangezien de metalen oplossen en het water zuur wordt. Dergelijke stromen, die ooit schoon waren, bevatten nu meer mineralen, waardoor de sedimentsamenstelling langs de rivierbeddingen en uiterwaarden verandert. Deze veranderingen worden niet veroorzaakt door industriële emissies of mijnbouw, waardoor ze moeilijker te controleren of terug te draaien zijn. Ze komen echter voort uit de opwarming van de bodem en de langere vorstseizoenen, wat diffuse processen zijn op landschapsschaal.
Hoe wetenschappers de stijgende metaalniveaus in de Arctische waterwegen volgden
De belangrijkste reden voor de gedetailleerde verklaring van dit fenomeen in een recente publicatie in Nature Communications Earth and Environment zou het bewijs moeten leveren dat het in verschillende Arctische stromen heeft plaatsgevonden, wat tot roestachtige verkleuring heeft geleid. De onderzoekers onderzochten de waterchemie, de sedimentsamenstelling en de permafrostomstandigheden in verschillende getroffen stroomgebieden in Alaska. De resultaten van hun onderzoek leidden tot de conclusie dat metaalmobilisatie zeer snel plaatsvindt bij dooi-gedreven blootstelling van sulfide en ijzerrijke mineralen nadat zuurstof en water eerder bevroren grond binnendringen, omdat de mineralen op dat moment ermee reageren.Het onderzoek illustreerde dat degradatie van de permafrost deze chemische veranderingen kan veroorzaken, zelfs in afgelegen gebieden ver van enige menselijke infrastructuur. In veel gevallen waarin hoge niveaus van ijzer werden gedetecteerd, bleek ook dat andere sporenmetalen in hoge concentraties aanwezig waren, waarvan sommige bij hoge concentraties giftig kunnen zijn voor in het water levende organismen. Daarnaast schreef de studie deze veranderingen ook rechtstreeks toe aan de aantasting van de permafrost in plaats van aan weersgebeurtenissen op korte termijn, wat wijst op een permanente verandering in de hydrologie van het Noordpoolgebied. Dergelijke veranderingen worden weerspiegeld in het zichtbare stomende water, dat verkleurd is.
Wat gebeurt er met het leven in het Noordpoolgebied als rivieren gevuld zijn met zware metalen?
Stijgende metaalniveaus in Arctische rivieren stellen hen bloot aan verschillende ecologische risico’s. Vissoorten die zich hebben aangepast aan koude, mineraalarme wateren kunnen gestrest raken als de zuurgraad en het metaalgehalte stijgen. Metalen zoals ijzer kunnen de kieuwen van vissen blokkeren of, als ze zich in de sedimenten nestelen, paaigronden bedekken, waardoor voortplantingsgebieden ontoegankelijk worden. Ongewervelde dieren, die de basis vormen van zoetwatervoedselwebben, zijn uiterst kwetsbaar voor veranderingen in de waterchemie, die tot gevolg hebben dat de veranderingen door het hele ecosysteem worden doorgegeven.Zorgen over de waterkwaliteit houden niet op bij wilde dieren. Verschillende inheemse en plattelandsgemeenschappen zijn afhankelijk van rivieren als waterbron voor drinkwater, visserij en transport gedurende de seizoenen. Hoewel ijzer op zichzelf niet bijzonder giftig is, duidt het feit dat het aanwezig is meestal op het vrijkomen van andere metalen die bij langdurige blootstelling een bedreiging voor de gezondheid kunnen vormen. De waterbehandeling in geïsoleerde arctische gebieden is minimaal; daarom worden de veranderingen in de natuurlijke waterchemie nog belangrijker. Monitoringinspanningen worden dus steeds belangrijker om te bepalen hoe snel en uitgebreid deze veranderingen plaatsvinden.
Waarom de opwarming van de aarde de rivierveranderingen in het noordpoolgebied versnelt
De roodachtige rivier in het noorden van Alaska is een indicatie van de klimaatfeedback die zich in snel tempo over het noordpoolgebied verspreidt. Het smelten van de permafrost gaat gepaard met verzakking van de grond, waardoor water kan worden omgeleid en nieuwe kanalen kunnen worden gevormd, waardoor verse minerale oppervlakken worden blootgesteld aan verwering. Warmere zomers en meer regenval blijven tegelijkertijd het metaaltransport van de bodem naar de rivieren bevorderen. Zodra metalen onderdeel worden van de aquatische systemen, kunnen ze door hun interactie met organisch materiaal een impact hebben op de koolstofcyclus, wat op zijn beurt de hoeveelheid koolstofdioxide die in de atmosfeer vrijkomt kan beïnvloeden.Deze ontwikkeling impliceert dat rivierverkleuring in de toekomst een wijdverbreid fenomeen kan worden in termen van opwarming van de Noordpool. Wetenschappers maken momenteel gebruik van satellietbeelden, bemonstering ter plaatse en chemische modellen om voorop te blijven lopen bij het identificeren van de stroomgebieden die kwetsbaar zijn voordat de veranderingen fysiek zichtbaar zijn. Hoewel de oranje kleur behoorlijk opvallend kan zijn, is het slechts een van de vele ecologische transities die plaatsvinden. De voortdurende wisselwerking tussen het ontdooien van de permafrost, de waterchemie en de gezondheid van ecosystemen zal er waarschijnlijk toe leiden dat zoetwatersystemen in het Noordpoolgebied zodanig worden geherdefinieerd dat veranderingen in kleur alleen al zullen worden overtroffen.Lees ook | Gigantische ondergrondse tunnels die in Zuid-Amerika zijn gevonden, zijn niet door mensen gemaakt; voetafdrukken wijzen naar een dier
