دانشمندان مدت‌ها در تلاش بودند تا دریابند بیشتر بار نیتروژن خلیج شمالی مکزیک از کجا تأمین می‌شود. اما اکنون یک مطالعه جذاب به سرپرستی پژوهشگران کالج بوستون این معما را حل کرده است.
این تیم پژوهشی کشف کرد که بارش سنگین و روان‌آب‌ها، به‌جای جریان مداوم از منابع زیرزمینی و سطحی، بیشترین مقدار نیتروژن ناشی از کودهای شیمیایی را به خلیج انتقال می‌دهند.
دکتر «زینگچن (تونی) وانگ»، استادیار علوم زمین و محیط‌زیست در کالج بوستون و نویسنده اصلی این تحقیق، معتقد است که این پژوهش می‌تواند درک ما را از انتقال نیتروژن به خلیج مکزیک ارتقا دهد و در نهایت به توسعه سیاست‌های حفاظتی برای خلیج شمالی مکزیک کمک کند.
چالش‌های زیست‌محیطی خلیج مکزیک
دکتر وانگ می‌گوید: «خلیج شمالی مکزیک با چالش‌های زیست‌محیطی قابل توجهی از جمله اضافه‌بار مواد مغذی، شکوفایی جلبک‌های مضر و “مناطق مرده” کم‌اکسیژن مواجه است.»
این مشکلات عمدتاً ناشی از آلودگی نیتروژن هستند که از طریق رودخانه‌ها حمل می‌شود و حوضه رودخانه می‌سی‌سی‌پی-آتچافالایا، به‌عنوان یک قطب کشاورزی بزرگ در آمریکای شمالی، یکی از عوامل اصلی آن است.
برای فهم بهتر نحوه انتقال منابع مختلف نیتروژن، به‌ویژه کودهای شیمیایی، به خلیج در شرایط هیدرولوژیکی مختلف، آزمایشگاه دکتر وانگ با پژوهشگران سایر دانشگاه‌ها همکاری کرد.
این پروژه توسط سپاه مهندسان ارتش ایالات متحده تأمین مالی شد. دکتر وانگ امیدوار است که یافته‌های این مطالعه، درک ما از دینامیک آلودگی را بهبود بخشد و راهبردهای مؤثری برای کاهش آن ارائه کند.
جریان نیتروژن در خلیج مکزیک
خلیج مکزیک از ۳۳ رودخانه بزرگ آب دریافت می‌کند که از ۳۱ ایالت آمریکا و دو استان کانادا سرچشمه می‌گیرند.
پژوهشگران در سال ۲۰۲۱ نمونه‌های آب و ذرات را از دلتای وکس لیک، یکی از شاخه‌های کلیدی حوضه رودخانه می‌سی‌سی‌پی-آتچافالایا، جمع‌آوری کردند. سپس آزمایشگاه دکتر وانگ این نمونه‌ها را برای تحلیل ترکیب ایزوتوپی نیتروژن بررسی کرد.
نیتروژن دارای دو ایزوتوپ پایدار، نیتروژن-۱۴ و نیتروژن-۱۵ است. دکتر وانگ توضیح داد که منابع نیتروژن معمولاً نسبت‌های مشخصی از نیتروژن-۱۵ به نیتروژن-۱۴ را نشان می‌دهند و این امر به دانشمندان اجازه می‌دهد تا منابع نیتروژن را در دلتا وکس لیک ردیابی و مشخص کنند.
تغییرات فصلی در منابع نیتروژن
پژوهشگران دریافتند که نسبت‌های ایزوتوپ نیتروژن در فصل‌های مرطوب پایین‌تر است، که این ویژگی نشان‌دهنده نیتروژن ناشی از کودهای شیمیایی است. جالب اینجاست که این نسبت‌ها در فصل خشک بالاتر بودند.
این مطالعه که با همکاری پژوهشگرانی از دانشگاه کالیفرنیا سانتا باربارا، موسسه فناوری کالیفرنیا (کلتک)، و اساتید کالج بوستون انجام شد، همچنین نشان داد که در فصل خشک، نیتروژن زیرزمینی به منبع غالب تبدیل می‌شود.
دکتر «جیان-ژی (کنجی) چن»، یکی از نویسندگان این تحقیق و پژوهشگر پسادکتری در آزمایشگاه وانگ، می‌گوید: «ما تا حدی از مشاهده تغییر قابل توجه در منابع انسانی نیتروژن بین فصل‌های خشک و مرطوب شگفت‌زده شدیم؛ تغییری که در مطالعات قبلی شناسایی نشده بود.»
این پژوهش به‌شدت بر نقش حیاتی هیدرولوژی در کنترل آلودگی نیتروژن در خلیج شمالی مکزیک تأکید دارد.
چالش‌های آینده آلودگی نیتروژن در خلیج مکزیک
پروفسور وانگ هشدار می‌دهد که تغییرات اقلیمی احتمال وقوع بارش‌های سنگین را افزایش می‌دهد و این امر به انتقال بیشتر نیتروژن ناشی از کودهای شیمیایی به خلیج منجر می‌شود. در نتیجه، شرایط کم‌اکسیژنی در خلیج شدت خواهد یافت.
با این حال، مطالعه نشان می‌دهد که این اثرات منفی می‌توانند با هماهنگی زمان استفاده از کودها با محصولات کشاورزی‌ای که بار نیتروژن را کاهش می‌دهند، کاهش یابند.
پژوهش‌های آینده این تیم بر ردیابی مسیر نیتروژن انسانی در خلیج مکزیک تمرکز خواهد داشت. دانشمندان قصد دارند دریابند که آیا این نیتروژن در مناطق ساحلی باقی می‌ماند یا به آب‌های باز خلیج منتقل می‌شود.
آلودگی نیتروژن: یک مشکل جهانی
آلودگی نیتروژن یک مشکل جهانی است که بر کیفیت آب و زندگی دریایی تأثیر می‌گذارد. نیتروژن اضافی ناشی از کشاورزی، فاضلاب و زباله‌های صنعتی اغلب وارد رودخانه‌ها و مناطق ساحلی می‌شود و منجر به پدیده یوتریفیکاسیون (افزایش مواد مغذی در آب) می‌شود.
این فرآیند باعث شکوفایی جلبک‌ها می‌شود که سطح اکسیژن را کاهش داده و به اکوسیستم‌های آبی آسیب می‌زند. علاوه بر خلیج مکزیک، آلودگی نیتروژن بر اکوسیستم‌هایی مانند خلیج چساپیک و دریای بالتیک نیز تأثیر می‌گذارد.
مناطق شهری نیز به طور قابل توجهی از طریق روان‌آب‌های حاصل از طوفان که حاوی کود و زباله است، در این مسئله سهم دارند. برای حل این مشکل، باید انتشار نیتروژن کاهش یابد، تصفیه فاضلاب بهبود یابد، و روش‌های کشاورزی پایدار ترویج شود.
آگاهی عمومی و مشارکت جامعه می‌تواند نقش‌های مهمی در به حداقل رساندن اثرات زیست‌محیطی نیتروژن ایفا کند.
این مطالعه در مجله Communications Earth & Environment منتشر شده است.
