L'erosione chimica naturale del substrato roccioso è la fonte dell'aumento di acidità e di metalli, ma il motore principale di questa tendenza è il cambiamento climatico, rileva il rapporto.

"I metalli pesanti rappresentano una vera sfida per gli ecosistemi", ha affermato l'autore principale Andrew Manning, geologo dell'U.S. Geological Survey di Denver. "Alcuni sono piuttosto tossici. Stiamo assistendo a tendenze regionali e statisticamente significative per il rame e lo zinco, due metalli chiave che rappresentano comunemente un problema in Colorado. Non è ambiguo e non è piccolo."

Lo studio è stato pubblicato su Water Resources Research .

Anche se il meccanismo che collega le temperature di riscaldamento all’aumento dell’erosione dei solfuri è ancora una questione di ricerca aperta, i nuovi risultati indicano come principale sospettato l’esposizione della roccia, una volta sigillata dal ghiaccio, ha detto Manning. L'improvvisa comparsa di "fiumi artici arrugginiti" che scorrono da regioni in cui il permafrost si sta sciogliendo negli ultimi due anni è probabilmente lo stesso processo, amplificato.

Il Colorado è pieno di macchie di roccia ricca di solfuri metallici. Il solfuro di ferro lucido, familiare a molti abitanti del Colorado come oro degli sciocchi o pirite, è il più comune di questi minerali solforati, ma sono comuni anche rame, zinco e altri solfuri metallici.

L'esposizione all'aria ossida i solfuri metallici nel substrato roccioso, rilasciando i metalli nelle acque sotterranee, che sfociano nei corsi d'acqua superficiali. I depositi rosso ruggine nei letti dei torrenti sono segni distintivi dell'ossidazione del solfuro di ferro. I solfuri acidificano anche l'acqua, il che può accelerare l'invecchiamento dovuto agli agenti atmosferici. È stato riscontrato che alcuni corsi d'acqua alpini campionati avevano un pH pari a 3 o 4.

Lo studio si è basato su 40 anni di dati sulla chimica dell’acqua, prelevando campioni finali da tutti i siti nel 2021 da 22 corsi d’acqua sorgenti in 17 bacini idrografici che sono naturalmente acidi e sufficientemente ricchi di metalli da limitare le piante e gli animali acquatici. I siti di campionamento si trovavano a un'altitudine superiore a 3.000 metri (10.000 piedi) e includevano un mix di aree e luoghi incontaminati e incontaminati che storicamente erano stati minati ma lasciati intatti per 50-100 anni.

"Il punto chiave è che non sono stati fatti lavori di estrazione o di bonifica recenti", ha detto Manning. "Questi bacini idrografici sono rimasti lì e non hanno reagito ad altro che al clima."

Montagne che si riscaldano e si asciugano

I ruscelli di montagna sono stati campionati da metà luglio a novembre, coprendo la fine dell'estate e i periodi di magra caduta. Le registrazioni a lungo termine del volume del flusso provenienti dai misuratori dei corsi d'acqua vicini mostrano che i flussi dei corsi d'acqua sono diminuiti con l'aumento delle temperature e dei manti nevosi più piccoli, suggerendo che volumi d'acqua più piccoli potrebbero spiegare le concentrazioni di metalli più elevate.

Ma Manning e i suoi colleghi hanno scoperto che una minore quantità di acqua poteva spiegare solo la metà dell’effetto osservato. Per raggiungere le concentrazioni osservate, le montagne dovevano immettere metalli e solfati nei corsi d'acqua a un ritmo più rapido.

Man mano che questi torrenti di montagna ricchi di metalli scorrono in fiumi più grandi, l'effetto del carico aggiuntivo di metalli viene diluito, hanno osservato i ricercatori.

"Non penso che questo sia un grande campanello d'allarme per i principali utenti metropolitani o agricoli a valle, a quote più basse", ha detto Manning, "ma alcune delle nostre comunità montane ottengono la loro acqua solo a breve distanza da questi corsi d'acqua mineralizzati". Per contribuire a mitigare il rischio della qualità dell'acqua, i gestori potrebbero trarre vantaggio da una conoscenza avanzata di quali metalli stanno entrando nel flusso e dove e quanto velocemente stanno aumentando, ha affermato Manning.

Una maggiore quantità di metalli e acidità in questi torrenti di montagna potrebbe anche influenzare le decisioni su dove investire i fondi limitati per la bonifica di quelli che sono stati alterati dall'attività mineraria storica e dove allevare la pesca a beneficio del turismo.

Caso locale, modello globale

I bacini idrografici del Colorado rappresentano un caso drammatico a causa dell'insolita abbondanza di solfuri metallici nel substrato roccioso, ha detto Manning, ma gli scienziati stanno osservando un aumento più sottile delle concentrazioni di solfati nei torrenti di montagna di tutto il mondo. Il nuovo studio è il primo a collegare statisticamente l'invecchiamento accelerato dei solfuri all'aumento delle temperature su larga scala in un'intera regione.

Lo studio ha rilevato che i maggiori guadagni nei carichi di metallo si trovano nei torrenti di montagna più alti e freddi. Manning ha detto che questo schema indica lo scioglimento del ghiaccio sotterraneo. Le quote più elevate del Colorado hanno temperature medie annuali vicine allo zero gradi Celsius (32 gradi Fahrenheit), collocandole proprio nelle condizioni limite per il permafrost. Alcuni picchi si sono riscaldati oltre la soglia di congelamento dal 1980.

"Il ghiaccio è come un'armatura. Scioglilo e crei finestre che consentono alle acque sotterranee di entrare nella roccia che non ha visto acqua e ossigeno per millenni, e inizierà a ossidarsi abbastanza rapidamente", ha detto Manning.

Altri possibili meccanismi sono la caduta delle falde acquifere che espone la roccia fresca all’aria e lo scioglimento dei ghiacciai rocciosi, rilasciando sacche di metalli concentrati immagazzinati nel ghiaccio. Le zone umide accumulano metalli e possono rilasciare esplosioni quando l'acqua ritorna dopo periodi di siccità.

Lo studio non ha trovato una correlazione tra i tassi di aumento delle concentrazioni di metalli e la presenza di zone umide, ghiacciai rocciosi o fattori legati alla caduta delle falde acquifere, sebbene questi potrebbero avere un ruolo in altre regioni. Ma tutti questi possibili meccanismi sono conseguenze del cambiamento climatico.

"Non c'è altra spiegazione logica se non che si tratti di un segnale di cambiamento climatico", ha detto Manning. "Nient'altro potrebbe raggiungere tutti questi spartiacque a livello universale."