Poiché la popolazione mondiale è esplosa nell'ultimo secolo, l'azoto è diventato uno dei contaminanti dell'acqua più comuni al mondo.

La contaminazione da azoto proviene principalmente da fonti legate all'uomo come le emissioni delle automobili, fertilizzanti, rifiuti zootecnici e deflusso urbano. Per decenni, gli scienziati hanno osservato l'aumento delle concentrazioni di azoto nei corpi idrici di tutto il mondo, ma soprattutto nelle nazioni sviluppate. La sovrabbondanza di azoto nelle acque naturali porta a impatti negativi sulla qualità dell'acqua, comprese le fioriture algali dannose e la morte dei pesci, che hanno effetti negativi sulle economie e sugli ecosistemi a valle.

Per fortuna, molti ecosistemi acquatici e delle zone umide possono rimuovere parte di questo azoto prima che diventi un fastidio per gli ambienti a valle. Le piante e i microrganismi di questi ecosistemi rimuovono naturalmente l'azoto da fiumi e torrenti, a vantaggio della pesca costiera e degli estuari. Però, questi organismi possono essere sensibili ai disturbi ambientali. Durante le grandi inondazioni, Per esempio, la vegetazione può essere sradicata dalle zone umide e i tappeti microbici possono essere rimossi dai letti dei torrenti. Questi e altri disturbi potrebbero avere importanti implicazioni per il ciclo dell'azoto.

Impatti delle inondazioni sul trattamento dell'azoto nel bacino del fiume Lumbee

Nel 2016, L'uragano Matthew ha portato al fiume Lumbee inondazioni immense e devastanti, situato nel sud-est della Carolina del Nord. Poiché le acque alluvionali si sono estese ben oltre la pianura alluvionale esistente, città e terreni agricoli furono sommersi. Quantità sconosciute di detriti e contaminanti sono state trasportate a valle.

Poiché l'inondazione dell'uragano Matthew è stata molto più grande di qualsiasi cosa il fiume Lumbee avesse sperimentato nel registro delle osservazioni, o nelle storie orali e scritte dei residenti locali, l'alluvione ha avuto implicazioni sconosciute per il ciclo dell'azoto del fiume. Insieme al mio consigliere, Ryan Emanuele, Ho ipotizzato che gli ecosistemi responsabili della rimozione dell'azoto dalle acque superficiali possano essere stati danneggiati o alterati in modi che hanno influito sui tassi di rimozione dell'azoto.

Per verificare la nostra ipotesi, abbiamo monitorato i cambiamenti nella capacità del fiume di rimuovere l'azoto in una delle sue forme inorganiche, nitrato. Abbiamo misurato le concentrazioni di nitrati in campioni di acqua raccolti lungo tre tratti del fiume per diversi mesi prima e dopo l'uragano Matthew. Abbiamo combinato queste misurazioni con altri dati del fiume per calcolare i tassi di assorbimento dell'azoto per le sottosezioni di ciascuna portata. Per due delle portate, i tassi medi di assorbimento dell'azoto non sono cambiati in modo apprezzabile dopo l'uragano Matthew. Per la terza portata, il tasso medio di assorbimento dell'azoto è leggermente diminuito dopo l'alluvione.

Più interessante, abbiamo scoperto che la variabilità nell'assorbimento di azoto all'interno di ciascuna portata è aumentata sostanzialmente dopo l'uragano Matthew. Riteniamo che queste differenze possano derivare da disturbi inflitti alla vegetazione delle zone umide e ai tappeti microbici, che rimuovono attivamente l'azoto dal flusso. Queste comunità non furono completamente spazzate via dalla tempesta, ma l'inondazione potrebbe averli colpiti abbastanza da creare punti lungo il fiume che erano particolarmente efficaci (o inefficaci) nella rimozione dei nitrati. Con il passare del tempo, la variabilità nell'assorbimento di azoto sembrava diminuire all'interno di ogni portata. Il cambiamento del comportamento dell'assorbimento dell'azoto in seguito all'uragano Matthew solleva interrogativi interessanti per la ricerca futura.

A seguito di grandi inondazioni come quelle provocate dall'uragano Matthew e, recentemente, uragano Firenze, i governi locali e federali prestano maggiore attenzione alle comunità vulnerabili che vivono nelle pianure alluvionali o in altre aree basse. Questa attenzione è opportunamente rivolta, poiché queste comunità sono spesso inadeguatamente attrezzate per riprendersi dalle inondazioni e adattarsi ai cambiamenti climatici.

Però, le inondazioni legate agli uragani possono anche avere un impatto sui processi ecosistemici invisibili responsabili della mitigazione dell'inquinamento da azoto nelle acque superficiali. È quindi imperativo comprendere come le grandi inondazioni possono influenzare il trattamento dell'azoto e di altri contaminanti.

Ciò è vero soprattutto alla luce delle attuali proiezioni che uragani come Matthew e Florence diventeranno più comuni, portando con sé inondazioni catastrofiche. Una volta che comprendiamo in modo più completo le inondazioni estreme e il loro impatto, possiamo ottenere un quadro più chiaro di come i processi ecologici, compresa la rimozione dell'azoto dai flussi, comportarsi nei mesi e negli anni che seguono. La lavorazione dell'azoto tornerà allo stato pre-uragano o passerà a uno stato alternativo? La ricerca futura aiuterà a rispondere a questa e ad altre domande relative alla qualità dell'acqua in un'era di cambiamento globale.