Nehirlerdeki nitrat kirliliği sadece insan faaliyetlerinden değil, kuru iklimlerden de kaynaklanıyor

Çiftlik gübrelerinde sıklıkla kullanılan, oksijen ve nitrojenden oluşan kimyasal bir bileşik olan nitrat, çok kuru koşullar altında çevredeki sularda toksik seviyelere yükselebilir. Bu ilişki geleneksel olarak çevredeki tarımsal atıklara veya insan atıklarına atfedilir, ancak Penn State’deki bilim adamları tarafından yürütülen yeni araştırmalar, sıcak ve kuru iklimin, kentsel veya tarımsal gelişmenin olmadığı bölgelerde bile nehirler ve akarsulardaki nitrat konsantrasyonlarını yükselttiğini gösteriyor.

Ekip, dünya çapında 7.000’den fazla nehir bölgesinden kaydedilen veri modellerini üst üste bindirmek için yapay zeka (AI) algoritmalarını kullanarak, kıt verilere sahip bölgelerdeki nitrat konsantrasyonlarını güvenilir bir şekilde haritalayabilen bir makine öğrenimi modeli oluşturdu. Ekibin küresel ölçekte türünün ilk örneği olduğunu söylediği araştırma, nitrat kirliliğinin yalnızca insan faaliyetlerinden kaynaklanmadığını, iklim koşullarının da kritik bir rol oynadığını öne sürüyor.

Bulgularını 12 Kasım’da yayınladılar. Bilim.

Barry ve Shirley Isett çevre mühendisliği profesörü ve makalenin ilgili yazarı Li Li, “Şu anda kabaca yarım milyar insan, nitrat konsantrasyonlarının potansiyel olarak olumsuz sağlık etkilerine yol açabilecek seviyeleri aştığı nehirlerin yakınında yaşıyor” dedi. “Bu bulgu, nitrat kirliliğinin yerel bir yönetim sorununun ötesinde olduğunu ima ediyor: Bu, giderek daha sıcak ve kuru hale gelen iklimle doğrudan ilgili daha geniş bir sorun.”

Düzenleyici sınırın altındaki sağlık riskleri

Nitrat, dünya çapında nehirlerde, akarsularda, göllerde ve yeraltı sularında bulunan en yaygın inorganik kirlilik biçimlerinden biridir ve 2021 ile 2023 yılları arasında ABD nüfusunun yaklaşık %18’i yüksek nitrat seviyelerine sahip içme suyuna maruz kalmıştır. İçme suyundaki yüksek nitrat seviyeleri, ekosistemlere zarar vermenin yanı sıra, başta mavi bebek sendromu olarak bilinen ve bir bebeğin kanının ölümcül olması muhtemel bir durum olan methemoglobinemi olmak üzere bir dizi sağlık sorununa yol açabilir. oksijeni etkili bir şekilde taşıyamaz.

Penn State Enerji ve Çevre Enstitüsü ile ek bir ilişkisi olan Li, “Genel olarak nitrat sıcak noktalarının tarımda kullanılan gübre veya şehirlerden gelen atık su gibi insan girdilerinden kaynaklandığını düşünüyoruz” dedi. “Su kalitesiyle ilgili çok büyük ölçekli çalışmalar yok, bu nedenle insanlar geleneksel olarak iklimi nitrat seviyelerini etkileme açısından düşünmüyorlar. Ancak yeni modelimiz bize, her ne kadar insan girdisi önemli bir rol oynasa da, bir bölgenin ortalama yıllık sıcaklığı ve ortalama yıllık yağış miktarı gibi uzun vadeli iklimin çevresel nitrat seviyelerine de katkıda bulunduğunu söylüyor.”

Nitrat doğal olarak düşük konsantrasyonlarda oluşur, ancak inşaat ve çevre mühendisliği alanında doktora sonrası araştırmacı ve makalenin ilk yazarı Kayalvizhi Sadayappan, ABD’nin Orta Batı’sının Nebraska’dan Ohio’ya kadar uzanan bir kısmı olan Mısır Kuşağı gibi yoğun tarım yapılan alanların Dünya üzerindeki en yüksek nitrat konsantrasyonlarından bazılarını sergilediğini söyledi. Olumsuz sağlık etkilerine karşı koruma sağlamak için mevcut düzenleyici standartlar mevcut ancak Sadayappan, nitratın hala daha düşük seviyelerde risk taşıyabileceğini söyledi.

Sadayappan, “Nitrat için, öncelikle mavi bebek sendromu gibi akut hastalıkları önlemek amacıyla, litre su başına 10 miligram nitrat şeklinde belirlenmiş bir düzenleyici standardımız var.” dedi. “Bu 1970’lerden bu yana standart olmuştur, ancak bilim adamları artık kanserler veya üreme ile ilgili sorunlar gibi daha yavaş, kronik durumların, litre su başına 2,5 miligram nitrat gibi çok daha düşük seviyelerde maruz kalmayla bağlantılı olabileceğini gözlemliyor.”

İzlemenin az olduğu yerlerde nitratın haritalanması

Model, 7.000’den fazla nehir bölümünden alınan milyonlarca bireysel nitrat okumasını bir araya getirerek ve bu verilerde gözlemlenen modelleri kullanarak onu tahminlerde bulunacak şekilde eğiterek çalışıyor. Li, tahminlerin modelin işlemediği gerçek verilerle karşılaştırılabilmesi için bu okumaların bir kısmının eğitim veri setinden saklandığını ve böylece ekibin modelin doğruluğunu değerlendirmesine olanak sağladığını açıkladı.

Ekip, aynı zamanda model belirsizliğini de değerlendirmek için her biri seçilmiş bir izleme alanları alt kümesinde eğitilmiş yaklaşık 1000 model oluşturdu. Eğitimden sonra model, çok az veri bulunan yerlerde bile nitrat konsantrasyonlarına ilişkin tahminlerde bulunabiliyor ve bu da ekibin dünya çapında yaklaşık 2,9 milyon nehir bölümündeki küresel nitrat konsantrasyonu haritasını yeniden oluşturmasına olanak tanıyor.

Sadayappan, bu haritanın sınırlamaları olduğunu belirterek, nitrat ölçümlerinin çoğunun Kuzey Amerika ve Avrupa gibi ılıman iklime sahip, kapsamlı izleme kaynaklarına sahip bölgelerden geldiğini, Kuzey Afrika gibi kurak bölgelerde ise çok daha az veri noktasının mevcut olduğunu belirtti. Bu veri açığı, küresel su kalitesinin geniş anlamda modellenmesi sürecini uzun süredir karmaşık hale getiriyor.

Sadayappan, “Küresel bir haritayı yeniden oluşturmak için, iklim özellikleri, arazi kullanım özellikleri ve toprak bilgileri dahil olmak üzere bireysel nehir bölümleri için 26 farklı değişken hakkında bilgi çıkardık” dedi ve bu bilgilerin her modelin arazi özelliklerini nitrat konsantrasyonuyla ilişkilendirmesine olanak sağladığını açıkladı.

Kuru iklimler nitratın birikmesine neden olur

Ekip, dünyanın çok az tarımsal veya kentsel faaliyeti olan veya hiç olmayan bölgelerinde bile, kurak iklimlerdeki nehirlerin sürekli olarak yüksek düzeyde nitrat kirliliği gösterdiğini bildirdi. Dünyanın en kurak ve uzak yerlerinden biri olan Kuzey Afrika’daki Sahra Çölü, bu nemli ortamlarda yoğun kentsel veya tarımsal gelişme olsa bile, Güneydoğu Asya gibi nemli yerlerdekilerle kıyaslanabilir nitrat konsantrasyonları sergiliyordu; hatta onlardan daha yüksek değildi. Li’ye göre bunun en iyi açıklaması, sınırlı su hareketinin yıkanıp gitmesini engellemesi nedeniyle doğal olarak oluşan nitratın kurak iklimlerde yıllar içinde birikmesidir.

Sadayappan, “Dürüst olmak gerekirse, bu bulgu bizi biraz şaşırttı” dedi. “İnsan girdileri hala en büyük etkiye sahip, ancak dünyanın en uzak bölgelerinden bazılarında, özellikle de yalnızca mevsimsel olarak akan küçük kaynak sularında bile nitrat seviyeleri yükseliyor.”

Li, bu bulguyu dönüştürücü olarak gördüğünü söyledi. Nitrat kirliliği daha önce yerel olarak yönetilen bir sorun olarak görülüyordu, ancak artan iklim kuraklığı dünya çapında nitrat kirliliğini daha da kötüleştirebilir. Li’ye göre, nitratın iklimle ilişkisinin ve bu kirliliğin çevrede nasıl oluştuğunun yanı sıra potansiyel maruziyetin uzun vadeli sağlık etkilerinin daha iyi anlaşılması, kabul edilebilir maruz kalma seviyelerine ilişkin gelecekteki düzenleyici kararlarda temel bir rol oynayabilir.

Li, “Sel ve kuraklık hakkında çok fazla tartışma var çünkü etkilerinin görülmesi daha kolay, ancak su kalitesi sorunlarını fark etmek zor olabilir çünkü sorunları gerçekten çok kötüleşene kadar görsel olarak gözlemleyemezsiniz” dedi. “Bu alandaki çalışmanın, özellikle verinin seyrek olduğu bölgelerde, bu su kalitesi sorunuyla ilgili farkındalığı artırmaya ve daha fazla veri toplamaya devam edeceğini umuyoruz.”