Таяние ледников в Колорадо высвобождает токсичную ртуть в водоемы

Изменение климата приводит к таянию ледников и вечной мерзлоты в горах близ Боулдера, штат Колорадо. Этот процесс обнажает горные породы и высвобождает минералы, содержащие сульфаты – форму серы, которые затем попадают вниз по течению в местные водосборные бассейны. Исследователи из CIRES изучили воздействие сульфатов на горные водно-болотные угодья и подтвердили, что повышенные уровни этого вещества могут способствовать увеличению концентрации метилртути. Метилртуть является мощным нейротоксином, способным накапливаться в пищевой цепи и вызывать широкий спектр проблем со здоровьем у живых организмов, включая человека.

Ханна Миллер, аспирантка Университета Колорадо в Боулдере (CU Boulder) и CIRES, а также ведущий автор исследования, поясняет, что производству метилртути в высокогорных водно-болотных угодьях уделялось очень мало внимания в научных работах. Она добавляет, что это оставляет важные пробелы в знаниях относительно объемов ее образования в горных водно-болотных угодьях и того, как эти процессы могут измениться в условиях продолжающегося изменения климата.

Работа, опубликованная в журнале Environmental Research Letters, впервые представляет каталог базовых измерений этого токсина в водосборном бассейне Боулдера. Полученные результаты могут помочь управляющим земельными ресурсами отслеживать будущее воздействие на почвы, воду в ручьях и местную дикую природу. Соавтором исследования выступила научный сотрудник CIRES Ив-Лин Хинкли, возглавляющая Группу биогеохимии окружающей среды в CU Boulder.

Ив-Лин Хинкли заявляет, что это исследование является своевременным, учитывая сочетание глобальных изменений, включая потепление климата, изменения в поступлении реактивных элементов и возникновение лесных пожаров, которые угрожают чувствительным высокогорным экосистемам.

В условиях глобального потепления сток талых вод способен изменять целые экосистемы. Горные экосистемы по всему миру испытывают непропорционально сильное воздействие изменения климата: ледники и вечная мерзлота тают быстрее, чем когда-либо прежде. Недавние исследования показали, что вода в питаемых ледниками горных ручьях и реках все больше насыщается сульфатами. За последние 30 лет в водосборном бассейне Норт-Боулдер концентрация сульфатов ниже по течению увеличилась примерно на 200%, и аналогичные тенденции задокументированы более чем в 150 озерах и ручьях по всему миру.

Ханна Миллер далее объясняет, что это действительно интересный, обусловленный климатом сигнал, который начинает привлекать все больше внимания. И хотя растущие концентрации сульфатов оказывают прямое воздействие на экосистемы, они также могут иметь косвенные последствия, включая изменение путей трансформации ртути в водно-болотных угодьях.

Исследовательская группа углубилась в изучение того, как сток сульфатов влияет на круговорот ртути, в частности, какое количество ртути превращается в ее наиболее токсичную форму – метилртуть. В болотистых водно-болотных угодьях и крупных водоемах в почвах часто не хватает кислорода, поэтому микроорганизмы эволюционировали, чтобы использовать другие элементы, такие как сульфаты, для производства энергии и роста. Когда сульфаты попадают вниз по течению и взаимодействуют с ртутью, в данном случае в переувлажненных торфяниках немного ниже границы леса, сложные химические процессы заставляют сульфатредуцирующие бактерии превращать ртуть в токсичную метилртуть.

Для подтверждения гипотезы о том, что увеличение стока сульфатов может привести к усиленному образованию метилртути, Ханна Миллер провела отбор проб почвы в горах в 25 милях к северо-западу от Боулдера. Исследование состояло из двух частей: документирование уровней метилртути в водно-болотных угодьях выше и ниже границы леса, а также определение уровня сульфатов, который может запустить производство метилртути. Образцы почв были проанализированы в Исследовательской лаборатории ртути Геологической службы США в Мэдисоне, штат Висконсин, чтобы определить, на каких участках образуется наибольшее количество токсичной ртути. Дополнительные эксперименты на образцах субальпийских торфяников, включающие добавление возрастающих количеств сульфатов для имитации полевых наблюдений, позволили отследить изменение уровней метилртути.

В водно-болотных угодьях выше границы леса исследователи обнаружили очень низкие количества метилртути. Однако в торфяниках ниже границы леса ее уровни были высокими. Результаты указывают на разницу в растительности: большее количество деревьев, кустарников и других растений создает богатую углеродом среду, благоприятную для микробов, что может стимулировать производство метилртути.

Миллер также сообщает, что их эксперимент показал, что умеренные добавки сульфатов в субальпийские торфяники приводят к наибольшему образованию метилртути в почвах. Причина, по которой именно умеренные концентрации сульфатов приводят к самым высоким уровням метилртути, описывается так называемым «эффектом Златовласки», установленным в исследовании 1990-х годов. Согласно этому эффекту, «в самый раз» – то есть умеренные количества – сульфатов в смеси с ртутью вызывают всплеск производства метилртути. Напротив, при высоких или низких уровнях сульфатов содержание метилртути в почвах ниже или она вовсе отсутствует.

Результаты исследования впервые представляют пороговые значения сульфатов, определяющие, при какой их концентрации уровни метилртути могут быть самыми высокими в водосборном бассейне Норт-Боулдер. Это исследование предоставляет управляющим земельными ресурсами информацию о том, как продолжающийся экспорт сульфатов может повлиять на уровни метилртути в этих экосистемах в будущем.

Миллер разъясняет, что в полузасушливых горных экосистемах слаборазвитые почвы и ограниченное количество водоемов могут создавать ложное впечатление о низком риске загрязнения ртутью. Однако, по ее словам, их выводы показывают наличие такого риска, особенно в субальпийских торфяниках, и поднимают важные вопросы о том, как этот токсин может повлиять на сообщества и дикую природу, зависящие от этого источника воды сейчас и в будущем.