Död zon (ekologi)

Röda cirklar visar platsen och storleken på många döda zoner. Svarta prickar visar döda zoner av okänd storlek. Storleken och antalet marina döda zoner - områden där djupvattnet är så lågt i löst syre att havsdjur inte kan överleva - har vuxit explosivt under det senaste halvseklet. – NASA Earth Observatory (2008)

Döda zoner är hypoxiska (lågsyre ) områden i världshaven och stora sjöar . Hypoxi uppstår när koncentrationen av löst syre (DO) sjunker till eller under 2 mg O ₂ /liter. När en vattenförekomst upplever hypoxiska förhållanden, börjar vattenfloran och faunan att ändra beteende för att nå delar av vatten med högre syrehalter. När DO sjunker under 0,5 ml O ₂ /liter i en vattenförekomst uppstår massdödlighet. Med en så låg koncentration av DO, kan dessa vattenförekomster inte stödja det vattenlevande livet som lever där. Historiskt sett var många av dessa platser naturligt förekommande. På 1970-talet började dock oceanografer notera ökade förekomster och vidder av döda zoner. Dessa förekommer nära bebodda kustlinjer , där vattenlivet är mest koncentrerat.

Döda zoner är vattensamlingar som inte har tillräckliga syrenivåer (3) för att stödja det mesta marina livet. Döda zoner orsakas av syrenedbrytande faktorer som inkluderar, men är inte begränsade till, mänsklig förorening (4). Detta är en process som kallas eutrofiering, där syrehalterna minskar när element som kväve och fosfor ökar. En frisk flod kommer att ha ökade mängder syre för konsumtion av organismer (1). När kvävet ökar producerar alger (5) stora mängder syre, men dör av ökat kväve. Nedbrytare använder sedan allt kvarvarande syre för att bryta ner algerna, vilket resulterar i att inget syre finns kvar och inget syre produceras. (2).

I mars 2004, när det nyligen inrättade FN:s miljöprogram publicerade sin första Global Environment Outlook Year Book ( GEO Year Book 2003 ), rapporterade det 146 döda zoner i världshaven där det marina livet inte kunde stödjas på grund av utarmade syrenivåer. Några av dessa var så små som en kvadratkilometer (0,4 mi ² ), men den största döda zonen täckte 70 000 kvadratkilometer (27 000 mi ² ). En studie från 2008 räknade 405 döda zoner över hela världen.

Orsaker

Döda zoner orsakas ofta av sönderfall av alger under algblomning , som denna utanför kusten i La Jolla, San Diego, Kalifornien .

Klimatet har en betydande inverkan på tillväxten och nedgången av ekologiska döda zoner. Under vårmånaderna, när nederbörden ökar, rinner mer näringsrikt vatten ner i Mississippiflodens mynning. Samtidigt, när solljuset ökar under våren, ökar algtillväxten i de döda zonerna dramatiskt. Under höstmånaderna börjar tropiska stormar komma in i Mexikanska golfen och bryter upp de döda zonerna, och cykeln upprepas igen på våren.

Vatten- och marina döda zoner kan orsakas av en ökning av näringsämnen (särskilt kväve och fosfor) i vattnet, känd som övergödning . Dessa näringsämnen är de grundläggande byggstenarna för encelliga, växtliknande organismer som lever i vattenpelaren och vars tillväxt delvis begränsas av tillgången på dessa material. Med fler tillgängliga näringsämnen har encelliga vattenlevande organismer (som alger och cyanobakterier) de resurser som krävs för att överskrida sin tidigare tillväxtgräns och börja föröka sig i en exponentiell takt. Exponentiell tillväxt leder till snabba ökningar av tätheten hos vissa typer av dessa växtplankton , ett fenomen som kallas algblomning .

Limnologen Dr. David Schindler , vars forskning vid Experimental Lakes Area ledde till förbud mot skadliga fosfater i tvättmedel, varnade för algblomning och döda zoner,

"De fiskdödande blomningarna som ödelade de stora sjöarna på 1960- och 1970-talen har inte försvunnit, de har flyttat västerut in i en torr värld där människor, industri och jordbruk i allt högre grad beskattar kvaliteten på det lilla sötvatten som finns finns här....Detta är inte bara ett prärieproblem. Global expansion av döda zoner orsakade av algblomning ökar snabbt."

De största grupperna av alger är cyanobakterier , grönalger , dinoflagellater , kokolitoforer och kiselalger . En ökning av tillförseln av kväve och fosfor leder i allmänhet till att cyanobakterier blommar. Andra alger konsumeras och ackumuleras därmed inte i samma utsträckning som cyanobakterier. ^{Cyanobakterier är inte bra mat .} för djurplankton och fiskar och ackumuleras därför i vatten, dör och sönderfaller sedan Den bakteriella nedbrytningen av deras biomassa förbrukar syre i vattnet och skapar därigenom tillståndet av hypoxi .

Döda zoner kan orsakas av naturliga och av antropogena faktorer. Naturliga orsaker inkluderar kustuppvallningar, förändringar i vind och vattencirkulationsmönster. Andra miljöfaktorer som bestämmer förekomsten eller intensiteten av en död zon inkluderar långa vattenuppehållstider, höga temperaturer och höga nivåer av solljuspenetration genom vattenpelaren.

Dessutom kan naturliga oceanografiska fenomen orsaka deoxygenering av delar av vattenpelaren. Till exempel har slutna vattendrag, som fjordar eller Svarta havet , grunda trösklar vid sina inlopp, vilket gör att vatten blir instängt där under lång tid. Det östra tropiska Stilla havet och norra Indiska oceanen har sänkt syrekoncentrationerna som tros vara i regioner där det finns minimal cirkulation för att ersätta det syre ^{som förbrukas .} Dessa områden är också kända som syreminimumszoner (OMZ). I många fall är OMZ:er permanenta eller semipermanenta områden. ^{[ citat behövs ]}

Rester av organismer som finns i sedimentlager nära Mississippiflodens mynning indikerar fyra hypoxiska händelser före tillkomsten av syntetisk gödsel. I dessa sedimentlager anoxitoleranta arter de vanligaste lämningarna som finns. Perioderna som indikeras av sedimentposten motsvarar historiska rekord av högt flodflöde registrerat av instrument i Vicksburg, Mississippi . ^{[ citat behövs ]}

Förändringar i havscirkulationen som utlöses av pågående klimatförändringar kan också lägga till eller förstärka andra orsaker till syreminskningar i havet.

Antropogena orsaker inkluderar användningen av kemiska gödningsmedel och deras efterföljande närvaro i vattenavrinning och grundvatten, direkta avloppsvattenutsläpp i floder och sjöar, och näringsutsläpp till grundvatten från stora, ackumulerade mängder animaliskt avfall. Användning av kemiska gödningsmedel anses vara den största mänskliga orsaken till döda zoner runt om i världen. Men avrinning från avloppsvatten, urban markanvändning och gödningsmedel kan också bidra till övergödning.

I augusti 2017 antydde en rapport att den amerikanska köttindustrin och det agroekonomiska systemet är övervägande ansvariga för den största döda zonen någonsin i Mexikanska golfen . Jordavrinning och urlakat nitrat , förvärrat av jordbruksmarkförvaltning och bearbetningsmetoder samt användning av gödsel och syntetiska gödselmedel , förorenade vattnet från Heartland till Mexikanska golfen . En stor del av växtmaterialets biprodukter från grödor som odlas i denna region används som viktiga foderkomponenter i produktionen av köttdjur för jordbruksföretag, som Tyson och Smithfield Foods. Över 86 % av djurfodret är oätligt för människor.

Anmärkningsvärda döda zoner i USA inkluderar den norra Mexikanska golfen, som omger Mississippiflodens utlopp, kustområdena i Pacific Northwest och Elizabeth River i Virginia Beach, som alla har visat sig vara återkommande händelser under de senaste åren. Runt om i världen har döda zoner utvecklats i kontinentala hav, som Östersjön, Kattegatt, Svarta havet, Mexikanska golfen och Östkinesiska havet, som alla är stora fiskeområden.

Typer

Döda zoner kan klassificeras efter typ och identifieras efter längden på deras förekomst:

Permanenta döda zoner är djupvattenförekomster som sällan överstiger 2 milligram per liter.
Tillfälliga döda zoner är kortlivade döda zoner som varar i timmar eller dagar.
Säsongsbetonade döda zoner förekommer årligen, vanligtvis under varma månader som sommar och höst.
Diel cycling hypoxi är en specifik säsongsbetonad död zon som bara blir hypoxisk under natten

Typen av dödzon kan på vissa sätt kategoriseras efter den tid som krävs för att vattnet ska återgå till full hälsa. Denna tidsram beror på intensiteten av övergödningen och nivån av syrebrist. En vattenförekomst som sjunker till anoxiska förhållanden och upplever en extrem minskning av samhällets mångfald kommer att behöva gå en mycket längre väg för att återgå till full hälsa. En vattenförekomst som endast upplever mild syrebrist och upprätthåller samhällets mångfald och mognad kommer att kräva en mycket kortare väglängd för att återgå till full hälsa.

Effekter

Undervattensvideobild av havsbotten i västra Östersjön täckt av döda eller döende krabbor, fiskar och musslor dödade av syrebrist

De mest anmärkningsvärda effekterna av övergödning är vegetabiliska blomningar, ibland giftiga, förlust av biologisk mångfald och anoxi, vilket kan leda till massiv död av vattenlevande organismer.

På grund av de hypoxiska förhållanden som finns i döda zoner, tenderar marint liv inom dessa områden att vara knappt. De flesta fiskar och rörliga organismer tenderar att emigrera ut ur zonen när syrekoncentrationerna sjunker, och bentiska populationer kan uppleva allvarliga förluster när syrekoncentrationerna är under 0,5 mg l ⁻¹ O ₂ . Under svåra anoxiska tillstånd kan mikrobiellt liv också uppleva dramatiska förändringar i samhällets identitet, vilket resulterar i ett ökat överflöd av anaeroba organismer eftersom aeroba mikrober minskar i antal och byter energikällor för oxidation såsom nitrat, sulfat eller järnreduktion. Svavelreduktion är ett särskilt problem eftersom vätesulfid är giftigt och stressar de flesta organismer inom zonen ytterligare, vilket förvärrar dödlighetsriskerna.

Låga syrenivåer kan ha allvarliga effekter på överlevnadsförmågan hos organismer inne i området under dödliga anoxiska förhållanden. Studier utförda längs Gulf Coast i Nordamerika har visat att hypoxiska förhållanden leder till minskning av reproduktionshastigheter och tillväxthastigheter hos en mängd olika organismer inklusive fiskar och bentiska ryggradslösa djur. Organismer som kan lämna området gör det vanligtvis när syrekoncentrationerna minskar till mindre än 2 mg l− ¹ . Vid dessa syrekoncentrationer och lägre kommer organismer som överlever i den syrefattiga miljön och inte kan fly från området ofta uppvisa ett progressivt förvärrat stressbeteende och dö. Överlevande organismer som är toleranta för hypoxiska tillstånd uppvisar ofta fysiologiska anpassningar som är lämpliga för att bestå i hypoxiska miljöer. Exempel på sådana anpassningar inkluderar ökad effektivitet av syreintag och användning, sänkning av erforderlig mängd syreintag genom minskade tillväxthastigheter eller vila, och ökad användning av anaeroba metaboliska vägar.

Gemenskapens sammansättning i bentiska samhällen störs dramatiskt av periodiska syrebristhändelser, såsom de i säsongsbetonade döda zoner och som uppstår som ett resultat av dielcykler . De långsiktiga effekterna av sådana hypoxiska tillstånd resulterar i en förändring i samhällen, oftast manifesteras som en minskning av arternas mångfald genom massdödlighet. Återupprättande av bentiska samhällen beror på sammansättningen av angränsande samhällen för larverrekrytering. Detta resulterar i en förskjutning mot snabbare etablerande kolonisatörer med kortare och mer opportunistiska livsstrategier, vilket potentiellt kan störa historiska bentiska sammansättningar.

Inverkan av döda zoner på fiske och andra marina kommersiella aktiviteter varierar beroende på längden på förekomsten och platsen. Döda zoner åtföljs ofta av en minskning av den biologiska mångfalden och kollaps i bentiska populationer, vilket minskar mångfalden av avkastning vid kommersiellt fiske, men i fall av övergödningsrelaterade döda zoner kan ökningen av näringstillgången leda till tillfälliga ökningar av utvalda skördar bland pelagiska populationer, såsom ansjovis . Studier uppskattar dock att den ökade produktionen i de omgivande områdena inte uppväger den nettominskning av produktiviteten som är ett resultat av den döda zonen. Till exempel har uppskattningsvis 17 000 MT kol i form av bytesdjur för fiske gått förlorade till följd av döda zoner i Mexikanska golfen. Dessutom förvärras många stressfaktorer i fisket av hypoxiska tillstånd. Indirekta faktorer som ökad framgång för invasiva arter och ökad pandemiintensitet hos stressade arter som ostron leder båda till förluster i inkomster och ekologisk stabilitet i drabbade regioner.

Trots att de flesta andra livsformer dödas av syrebristen kan maneter frodas och finns ibland i döda områden i stort antal. Manetblomningar producerar stora mängder slem, vilket leder till stora förändringar i näringsnäten i havet eftersom få organismer livnär sig på dem. Det organiska kolet i slemmet metaboliseras av bakterier som återför det till atmosfären i form av koldioxid i vad som har kallats en " gelékolshunt" . Den potentiella försämringen av manetblomningar till följd av mänskliga aktiviteter har drivit fram ny forskning om inverkan av döda zoner på gelépopulationer. Det primära problemet är potentialen för döda zoner att fungera som grogrund för manetpopulationer som ett resultat av de hypoxiska förhållandena som driver bort konkurrensen om resurser och vanliga rovdjur av maneter. Den ökade populationen av maneter kan ha höga kommersiella kostnader med förlust av fiske, förstörelse och kontaminering av trålnät och fiskefartyg, och sänkta turismintäkter i kustsystemen.

Förutom miljöpåverkan utgör övergödning även ett hot mot samhället och människors hälsa. I en recension om eutrofiering skrev forskare,

"Övergödning utgör ett hot mot miljön, ekonomin (t.ex. påverkan på skaldjursproduktion, fiske, turism), men också mot människors hälsa (Von Blottnitz et al., 2006; Sutton et al., 2011). Försök att utvärdera den monetära effekterna av övergödning har gjorts under de senaste två decennierna, främst i USA och i Östersjön (Dodds et al., 2009; Gren et al., 1997) Dessa studier indikerar en mängd olika effekter och kostnader som är kvantifierbara ganska direkt, till exempel när städer med hundratusentals människor berövas dricksvatten i flera dagar. Ett exempel är den giftiga algblomningen i västra Lake Erie-bassängen 2014, som ledde till avbrott i vattenförsörjningen till 400 000 människor (Smith et al., 2015) Å andra sidan är det en större utmaning att integrera alla miljö-, hälso- och socioekonomiska effekter i beräkningarna av indirekta effekter (Folke et al., 1994; Romstad, 2014)."

Platser

På 1970-talet noterades först marina döda zoner i bosatta områden där intensiv ekonomisk användning stimulerade vetenskaplig granskning: i USA:s östkusts Chesapeake Bay , i Skandinaviens sund som kallas Kattegatt , som är mynningen av Östersjön och i andra viktiga Östersjön. fiskeplatser, i Svarta havet och i norra Adriatiska havet .

Andra marina döda zoner har dykt upp i kustvattnen i Sydamerika , Kina , Japan och Nya Zeeland . En studie från 2008 räknade 405 döda zoner över hela världen.

Östersjön

Forskare från Baltic Nest Institute publicerade i ett av PNAS- numren rapporter om att de döda zonerna i Östersjön har vuxit från cirka 5 000 km ² till mer än 60 000 km ² de senaste åren.

Några av orsakerna bakom den förhöjda ökningen av döda zoner kan hänföras till användningen av gödselmedel, stora djurgårdar, förbränning av fossila bränslen och avloppsvatten från kommunala reningsverk.

Med sin massiva storlek analyseras Östersjön bäst i delområden snarare än som en helhet. I en artikel som publicerades 2004 delade forskare specifikt in Östersjön i 9 delområden, som var och en har sina egna specifika egenskaper. De 9 delområdena urskiljs enligt följande: Bottenviken, skärgårdsregionen, Finska viken, Rigabukten, Gdanskviken, svenska östkusten, centrala Östersjön, Bältsjöregionen och Kattegatt. Varje delområde har reagerat olika på näringstillskott och eutrofiering; Det finns dock några generella mönster och åtgärder för Östersjön som helhet. Som forskarna Rönnberg och Bonsdorff konstaterar,

”Oavsett de områdesspecifika effekterna av de ökade belastningarna av näringsämnen till Östersjön är källorna mer eller mindre lika i hela regionen. Omfattningen och svårighetsgraden av utsläppen kan dock skilja sig åt. Som framgår av t.ex. HELCOM (1996) och Rönnberg (2001) kommer de största källorna för tillförsel av näringsämnen från jordbruk, industri, kommunalt avlopp och transporter. Kväveutsläpp i form av nedfall i atmosfären är också viktiga, liksom lokala punktkällor, som vattenbruk och läckage från skogsbruk.”

I allmänhet upplever varje område av Östersjön liknande antropogena effekter. Som Rönnberg och Bonsdorff konstaterar, "Övergödning är ett allvarligt problem i Östersjöområdet." Men när det kommer till genomförandet av program för återupplivande av vatten, kommer varje område sannolikt att behöva hanteras på lokal nivå.

Chesapeake Bay

Nivåer av löst syre som krävs av olika arter i Chesapeake Bay

Som rapporterats av National Geographic "The Chesapeake Bay, på USA:s östkust, har en av de första döda zonerna som någonsin identifierats, på 1970-talet. Chesapeakes höga kvävenivåer orsakas av två faktorer: urbanisering och jordbruk. Den västra delen av viken är full av fabriker och stadskärnor som släpper ut kväve i luften.Atmosfäriskt kväve står för ungefär en tredjedel av det kväve som kommer in i viken. Den östra delen av viken är ett centrum för fjäderfäuppfödning, som producerar stora mängder gödsel."

National Geographic uppgav vidare "Sedan 1967 har Chesapeake Bay Foundation lett ett antal program som syftar till att förbättra buktens vattenkvalitet och stävja avrinning av föroreningar. Chesapeake har fortfarande en död zon, vars storlek varierar med årstid och väder."

Elizabeth River, Virginia

Elizabeth Rivers mynning är viktig för Norfolk, Virginia , Chesapeake, Virginia , Virginia Beach, Virginia och Portsmouth, Virginia . Den har förorenats av kväve och fosfor, men också giftiga fyndigheter från varvsindustrin, militären, världens största kolexportanläggning, raffinaderier, lastkajer, containerreparationsanläggningar och andra, så fisk hade varit "förbjudet sedan 1920-talet". . 1993 bildades en grupp för att städa upp den och antog mummichog som en maskot och har tagit bort tusentals ton förorenat sediment. År 2006 muddrades en 35 hektar stor biologisk död zon kallad Money Point ut, och detta lät fisken återvända och våtmarken återhämta sig.

Lake Erie

En säsongsbetonad död zon finns i den centrala delen av Lake Erie från öster om Point Pelee till Long Point och sträcker sig till kusterna i Kanada och USA. Mellan månaderna juli och oktober har den döda zonen förmågan att växa till storleken 10 000 kvadratkilometer. Lake Erie har ett överskott av fosfor på grund av avrinning från jordbruket som påskyndar tillväxten av alger som sedan bidrar till hypoxiska tillstånd. Den överflöd av fosfor i sjön har kopplats till icke-punktföroreningar såsom stads- och jordbruksavrinning samt punktföroreningar som inkluderar avlopps- och avloppsreningsverk. Zonen märktes först på 1960-talet mitt i toppen av övergödningen som inträffade i sjön. Efter att allmänhetens oro ökade, inledde Kanada och USA ansträngningar för att minska föroreningarna av avrinning i sjön på 1970-talet för att vända tillväxten av döda zoner. Forskare 2018 uppgav att fosforavrinning skulle behöva minska ytterligare med 40 % för att undvika uppkomsten av döda zoner i området. Den kommersiella och fritidsfiskeindustrin har påverkats avsevärt av den hypoxiska zonen. År 2021 orsakade det lågsyrehaltiga vattnet en massdödshändelse av sötvattenstrumfiskarter (även känd som fårskalsfisk ). Vatten från sjön används också för att dricka människor. Vatten från sjön har sagts få en genomträngande lukt och missfärgning när den döda zonen är aktiv under sensommarmånaderna.

Nedre St. Lawrence mynning

En död zon finns i området Lower St. Lawrence River från öster Saguenay River till öster om Baie Comeau , störst på djup över 275 meter (902 fot) och märkt sedan 1930-talet. Den största oro för kanadensiska forskare är påverkan på fisk som finns i området.

Oregon

Det finns en hypoxisk zon som täcker kusterna i Oregon och Washington som nådde sin toppstorlek 2006 på ett område på över 1 158 kvadratkilometer. Kraftiga ytvindar mellan april och september orsakar frekvent uppsvällning som resulterar i en ökning av algblomningen, vilket gör hypoxi till en säsongsbetonad förekomst. Uppvällningen har bidragit till lägre temperaturer inom zonen. Den döda zonen har resulterat i att havsorganismer som krabbor och fiskar flyttats och att det kommersiella fisket störs . Organismer som inte kan förflytta sig har visat sig kvävas, vilket gör att de inte kan användas av fiskare. År 2009 beskrev en forskare "tusentals och tusentals" av kvävda krabbor, maskar och havsstjärnor längs havsbotten i den hypoxiska zonen. År 2021 lades 1,9 miljoner dollar på att övervaka och fortsätta att studera de hypoxiska förhållandena i området där den döda zonen uppstår.

Mexikanska golfen "död zon"

Död zon i Mexikanska golfen

Området med tillfälligt hypoxiskt bottenvatten som förekommer de flesta somrar utanför Louisianas kust i Mexikanska golfen är den största återkommande hypoxiska zonen i USA. Den förekommer endast under sommarmånaderna på året på grund av sommaruppvärmning, regional cirkulation, vindblandning och höga sötvattenutsläpp. Mississippifloden , som är dräneringsområdet för 41 % av det kontinentala USA, dumpar avrinning med högt näringsämne som nitrater och fosfor i Mexikanska golfen. Enligt ett faktablad från 2009 skapat av NOAA , "är sjuttio procent av näringsämnen som orsakar syrebrist ett resultat av denna enorma dräneringsbassäng". som inkluderar hjärtat av den amerikanska jordbruksnäringen , Mellanvästern . Tillståndet är kort och säsongsbetonat, men visas på kartor som bestående för maximal politisk effekt. Utsläpp av renat avlopp från tätorter (invånare ca 12 miljoner år 2009) i kombination med jordbruksavrinning ger ca. 1,7 miljoner ton fosfor och kväve till Mexikanska golfen varje år. Kväve behövs verkligen för att öka skörden, men växter är ineffektiva på att ta upp det, och ofta används mer gödningsmedel än vad växterna faktiskt behöver. Därför hamnar endast en procentandel av tillfört kväve i grödorna; och i vissa områden är siffran mindre än 20 %. Även om Iowa upptar mindre än 5 % av Mississippiflodens dräneringsbassäng, är det genomsnittliga årliga nitratutsläppet från ytvatten i Iowa cirka 204 000 till 222 000 ton, eller 25 % av allt nitrat som Mississippifloden levererar till Mexikanska golfen. Exporten från Raccoon River Watershed är bland de högsta i USA med en årlig avkastning på 26,1 kg/ha/år, vilket rankades som den högsta förlusten av nitrat av 42 Mississippi-undervattendelar som utvärderades för en hypoxirapport från Mexikanska golfen. 2012 introducerade Iowa Iowa Nutrient Reduction Strategy, som "är ett vetenskaps- och teknikbaserat ramverk för att bedöma och reducera näringsämnen till Iowas vatten och Mexikanska golfen. Den är utformad för att rikta insatser för att minska näringsämnen i ytvatten från båda punkter och icke-punktkällor på ett vetenskapligt, rimligt och kostnadseffektivt sätt." Strategin fortsätter att utvecklas, med hjälp av frivilliga metoder för att minska Iowas negativa bidrag genom uppsökande verksamhet, forskning och implementering av metoder för att hålla näringsämnen. För att hjälpa till att minska avrinning från jordbruket till Mississippi-bassängen antog Minnesota MN -stadgan 103F.48 2015, även känd som "buffertlagen", som utformades för att implementera obligatoriska strandbuffertar mellan jordbruksmark och allmänna vattenvägar över delstaten Minnesota. Minnesota Board of Water and Soil Resources (BWSR) utfärdade en rapport från januari 2019 som anger att efterlevnaden av "buffertlagen" har nått 99 %.

Storlek

Området med hypoxiskt bottenvatten som förekommer under flera veckor varje sommar i Mexikanska golfen har kartlagts de flesta år från 1985 till 2017. Storleken varierar årligen från rekordhöga 2017 då den omfattade mer än 22 730 kvadratkilometer (8 776 kvadratkilometer) ) till en rekordlåg nivå 1988 på 39 kvadratkilometer (15 kvadrat miles). Den döda zonen 2015 mätte 16 760 kvadratkilometer (6 474 kvadrat miles). Nancy Rabalais från Louisiana Universities Marine Consortium i Cocodrie, Louisiana förutspådde att den döda zonen eller den hypoxiska zonen 2012 kommer att täcka ett område på 17 353 kvadratkilometer (6 700 kvadrat miles) vilket är större än Connecticut; Men när mätningarna var klara uppgick arean med hypoxiskt bottenvatten 2012 endast till 7 480 kvadratkilometer. Modellerna som använder kväveflödet från Mississippifloden för att förutsäga områden med "döda zoner" har kritiserats för att vara systematiskt höga från 2006 till 2014, efter att ha förutspått rekordområden 2007, 2008, 2009, 2011 och 2013 som aldrig realiserades.

På sensommaren 1988 försvann den döda zonen när den stora torkan fick Mississippis flöde att falla till sin lägsta nivå sedan 1933. Under tider av kraftiga översvämningar i Mississippi River Basin, som 1993, ökade "den döda zonen" dramatiskt i storlek, cirka 5 000 km (3 107 mi) större än föregående år".

Ekonomisk påverkan

Vissa hävdar att den döda zonen hotar lukrativa kommersiella fiske och fritidsfiske i Mexikanska golfen. "Under 2009 var värdet på det kommersiella fisket i viken vid kajen 629 miljoner dollar. Nästan tre miljoner fritidsfiskare bidrog ytterligare med cirka 10 miljarder dollar till Gulfs ekonomi och tog 22 miljoner fiskeresor." Forskarna är inte överens om att näringstillförseln har en negativ inverkan på fisket. Grimes hävdar att näringstillförseln förbättrar fisket i Mexikanska golfen. Courtney et al. hypotesen att näringstillförsel kan ha bidragit till ökningen av röd snapper i norra och västra Mexikanska golfen.

Under 2017 erbjöd Tulane University ett utmaningsbidrag på 1 miljon dollar för att odla grödor med mindre gödningsmedel.

Historia

Räktrålare rapporterade först om en "död zon" i Mexikanska golfen 1950, men det var inte förrän 1970 när storleken på den hypoxiska zonen hade ökat som forskarna började undersöka.

Efter 1950 accelererade omvandlingen av skogar och våtmarker för jordbruks- och stadsutveckling. "Missouri River Basin har fått hundratusentals tunnland skogar och våtmarker (66 000 000 tunnland) ersatta med jordbruksverksamhet [. . .] I Lower Mississippi omvandlades en tredjedel av dalens skogar till jordbruk mellan 1950 och 1976."

I juli 2007 upptäcktes en död zon utanför Texas, där Brazosfloden mynnar ut i viken.

Energy Independence and Security Act från 2007

Energy Independence and Security Act från 2007 kräver produktion av 36 miljarder amerikanska gallons (140 000 000 m ³ ) förnybara bränslen till 2022, inklusive 15 miljarder US gallons (57 000 000 m ³ ) majsbaserad etanol, en tredubbling av nuvarande produktion som skulle kräva en liknande ökning av majsproduktionen. Tyvärr ställer planen till ett nytt problem; den ökade efterfrågan på majsproduktion resulterar i en proportionell ökning av kväveavrinning. Även om kväve, som utgör 78 % av jordens atmosfär, är en inert gas, har det mer reaktiva former, varav två (nitrat och ammoniak) används för att göra gödningsmedel.

Enligt Fred Below , professor i växtfysiologi vid University of Illinois i Urbana-Champaign , kräver majs mer kvävebaserad gödsel eftersom den producerar en högre spannmål per ytenhet än andra grödor och till skillnad från andra grödor är majs helt beroende av tillgängligt kväve i marken. Resultaten, som rapporterades 18 mars 2008 i Proceedings of the National Academy of Sciences , visade att en uppskalning av majsproduktionen för att nå målet på 15 miljarder US-gallon (57 000 000 m ³ ) skulle öka kvävebelastningen i den döda zonen med 10–18 %. Detta skulle öka kvävenivåerna till två gånger den nivå som rekommenderas av Mississippi Basin/Mexikanska golfen Water Nutrient Task Force ( Mississippi River Watershed Conservation Programs ), en koalition av federala, statliga och stamorgan som har övervakat den döda zonen sedan 1997. arbetsgrupp säger att en 30% minskning av kväveavrinning behövs om den döda zonen ska krympa.

Omkastning

Återhämtningen av bentiska samhällen är i första hand beroende av längden och svårighetsgraden av hypoxiska tillstånd inuti den hypoxiska zonen. Mindre svåra förhållanden och tillfällig syrebrist möjliggör snabb återhämtning av bentiska samhällen i området på grund av återupprättande av bentiska larver från angränsande områden, med längre tillstånd av hypoxi och allvarligare syrebrist som leder till längre återetableringsperioder. Återhämtningen beror också på stratifieringsnivåer inom området, så kraftigt stratifierade områden i varmare vatten är mindre benägna att återhämta sig från anoxiska eller hypoxiska förhållanden förutom att de är mer mottagliga för eutrofieringsdriven hypoxi. Skillnaden i återhämtningsförmåga och känslighet för hypoxi i stratifierade marina miljöer förväntas komplicera återhämtningsansträngningarna för döda zoner i framtiden när havsuppvärmningen fortsätter.

Småskaliga hypoxiska system med rika omgivande samhällen är de mest benägna att återhämta sig efter näringsinflöde som leder till att övergödningen upphör. Beroende på omfattningen av skadorna och egenskaperna hos zonen kan dock storskaligt hypoxiskt tillstånd potentiellt återhämta sig efter en period av ett decennium. Till exempel Svarta havets döda zon, tidigare den största i världen, till stor del mellan 1991 och 2001 efter att gödselmedel blev för dyrt att använda efter Sovjetunionens kollaps och centralplanerade ekonomiers bortgång i Öst- och Centraleuropa . Fiske har återigen blivit en viktig ekonomisk aktivitet i regionen.

Medan "saneringen" i Svarta havet till stor del var oavsiktlig och innebar en minskning av svårkontrollerad gödselmedelsanvändning, har FN förespråkat andra sanningar genom att minska stora industriella utsläpp. Från 1985 till 2000 minskade den döda zonen i Nordsjön med 37 % när politiska ansträngningar från länderna vid floden Rhen minskade avloppsvatten och industriella utsläpp av kväve i vattnet. Andra rensningar har ägt rum längs Hudsonfloden och San Francisco Bay .

Andra metoder för vändning finns här .

Se även

Anteckningar

Diaz, RJ; Rosenberg, R. (15 augusti 2008). "Att sprida döda zoner och konsekvenser för marina ekosystem". Vetenskap . 321 (5891): 926–929. Bibcode : 2008Sci...321..926D . doi : 10.1126/science.1156401 . PMID 18703733 . S2CID 32818786 .
Osterman, Lisa E.; Poore, Richard Z.; Swarzenski, Peter W.; Turner, R. Eugene (2005). "Rekonstruerar ett 180-årigt register över naturliga och antropogena inducerade lågsyretillstånd från Louisianas kontinentalsockelsediment". Geologi . 33 (4): 329. Bibcode : 2005Geo....33..329O . doi : 10.1130/G21341.1 . S2CID 55361042 .
Taylor, FJ; Taylor, NJ; Walsby, JR (1985). "En blomning av den planktoniska kiselalgen, Cerataulina pelagica, utanför kusten av nordöstra Nya Zeeland 1983, och dess bidrag till en tillhörande dödlighet av fisk och bottenfauna". Internationale Revue der gesamten Hydrobiologie und Hydrographie . 70 (6): 773–795. doi : 10.1002/iroh.19850700602 .
Morrisey, DJ; Gibbs, MM; Pickmere, SE; Cole, RG (maj 2000). "Förutsäga effekter och återhämtning av marina gårdsplatser på Stewart Island, Nya Zeeland, från Findlay-Watling-modellen". Vattenbruk . 185 (3–4): 257–271. doi : 10.1016/s0044-8486(99)00360-9 .
Potera, Carol (juni 2008). "Fuels: Corn Ethanol Goal Revives Dead Zone Concerns" . Miljöhälsoperspektiv . 116 (6): A242-3. doi : 10.1289/ehp.116-a242 . PMC 2430248 . PMID 18560496 .
Minnesota Board of Water and Soil Resources (BWSR, 2018), http://bwsr.state.mn.us/buffers/
Minnesota "Buffer Law"-stadga: MN- stadgan 103F.48
BWSR-uppdatering, januari 2019: http://bwsr.state.mn.us/buffers/Buffers_Public_Waters_Progress_Map.pdf
Ronnberg, C., & Bonsdorff, E. (2004, feb). Övergödning i Östersjön: områdesspecifika ekologiska konsekvenser [Artikel; Proceedings Paper]. Hydrobiologia, 514 (1-3), 227-241. https://doi.org/10.1023/B:HYDR.0000019238.84989.7f
Le Moal, Morgane, Gascuel-Odoux, Chantal, Ménesguen, Alain, Souchon, Yves, Étrillard, Levain, Alix, ... Pinay, Gilles (2019). Eutrofiering: Ett nytt vin på en gammal flaska? Elsevier, Science of the Total Environment 651:1-11 .