Πώς παλίρροιες και κύματα επηρεάζουν το υπόγειο νερό που ρέει σε παράκτιους υδροφορείς;

 Παραλία Ν.Κρήνης

Ερευνητές μελετούν τις αντιδράσεις που συμβαίνουν όταν τα υπόγεια και τα αλμυρά νερά συναντώνται σε παράκτιους υδροφορείς. Αν έχετε ποτέ επιπλεύσει μέσα από ένα κρύο τμήμα νερού, ενώ κολυμπάτε στην θάλασσα, τότε έχετε βιώσει μια “αποφόρτιση” υπόγειου νερού ένα φαινόμενο που είναι γνωστό στην διεθνή βιβλιογραφία ως SGD [submarine groundwater discharge].

Το SGD συμβαίνει όταν τα υπόγεια νερά διαρρέουν έξω από τον πυθμένα της θάλασσας στον ωκεανό. Το SGD είναι συχνά υφάλμυρο, ως αποτέλεσμα ανάμειξης του υπόγειου φρέσκου νερού από τη γη με το αλμυρό νερό της θάλασσας. Η ανάμειξη του φρέσκου και αλμυρού υπογείου νερού συμβαίνει στον παράλιο υδροφόρο ορίζοντα, συνήθως όταν σπάνε τα κύματα.

Αυτό το ψυχρό σημείο οφείλεται σε υπόγεια νερά που είναι ήδη στο έδαφος για δεκάδες έως εκατοντάδες χρόνια και έχουν διαρρεύσει επάνω σε παράκτια νερά σύμφωνα με τους παράκτιους υδρογεωλόγους του Πανεπιστημίου Delaware.

Οι ερευνητές μελετάνε πώς παλίρροιες και κύματα επηρεάζουν τις ροές των υπογείων υδάτων και διανέμουν διαλυμένες ουσίες σε παράκτιους υδροφορείς. Ενδιαφέρονται ιδιαίτερα για τη "ζώνη μίξης" που δημιουργείται κάτω από την επιφάνεια της παραλίας, όταν γλυκό και θαλασσινό νερό έρχονται σε επαφή για να διαμορφώσουν βιογεωχημικές αντιδράσεις. Συγκεκριμένα, τους απασχολούν οι χρονικές κλίμακες και οι παράγοντες που επηρεάζουν το μέγεθος της ζώνης ανάμιξης, η ταχύτητα με την οποία τα υπόγεια νερά ρέουν μέσα από αυτή τη ζώνη, και οι χημικές αντιδράσεις που λαμβάνουν χώρα εκεί.

Γιατί είναι σημαντική η ζώνη μίξης;

Τα φρέσκα υπόγεια νερά που κάνουν το δρόμο τους προς την ακτογραμμή περιέχουν χημικές ουσίες που έχουν πολύ μεγαλύτερη συγκέντρωση από ό, τι εκείνα που βρίσκονται στην θάλασσα. Στο Delaware, για παράδειγμα, τα φρέσκα ​​υπόγεια νερά  μπορεί να περιέχουν νιτρικά άλατα και άλλα θρεπτικά συστατικά ρύπων που διεισδύουν στο υπέδαφος από πηγές, όπως γεωργικές περιοχές ή σηπτικά συστήματα.

Οι παράκτιοι υδροφόροι ορίζοντες παίζουν σημαντικό ρόλο στις θρεπτικές ουσίες των υπογείων υδάτων που εκχέονται σε όλο τον βυθό. Όταν το γλυκό και το θαλασσινό νερό ανακατεύονται μπορεί να συμβούν σημαντικές χημικές αντιδράσεις που αφαιρούν θρεπτικά συστατικά, όπως το νιτρικό, από τα υπόγεια ύδατα πριν διαρρεύσουν στον ωκεανό.

Αλλά αν η ζώνη ανάμιξης είναι πολύ μικρή ή αν τα υπόγεια ύδατα ρέουν πολύ γρήγορα, οι ερευνητές υποθέτουν, ενδέχεται να μην υπάρχει αρκετός χρόνος για να συμβούν αυτές οι χημικές αντιδράσεις, που οδηγούν σε επιπλέον θρεπτικά συστατικά που έχουν αποτεθεί στο οικοσύστημα του ωκεανού.

Αυτά τα επιπλέον θρεπτικά συστατικά μπορεί να οδηγήσουν σε προβλήματα ποιότητας νερού, όπως την ανάπτυξη των φυκών, που σκοτώνουν τα ψάρια και, στη χειρότερη περίπτωση σενάρια, που μπορούν να οδηγήσουν σε κλείσιμο της παραλίας.

Η ερευνητική ομάδα διεξήγαγε ένα πολυετές πείραμα πεδίου στο State Park Cape Henlopen για να δει πώς η ζώνη μίξης συμπεριφέρθηκε κάτω από διαφορετικές υδρολογικές συνθήκες και κλίμακες χρόνου, και να διακρίνει το χρονικό διάστημα των υπόγειων υδάτων που έρεε μέσα από τον παράλιο υδροφορέα πριν από τη διοχέτευση στον όρμο Delaware Bay.

Η ομάδα εγκατέστησε 10 φρεάτια δειγματοληψίας κατά μήκος μιας ευθείας γραμμής κάτω από την επιφάνεια της παραλίας. Μάζεψε δείγματα νερού σε διάφορες χρονικές κλίμακες που κυμαίνονται από την ημέρα (12 ώρες,παλιρροϊκοί κύκλοι κά) με δύο φορές την εβδομάδα, εποχιακά (αλλαγές στην ανατροφοδότηση του υδροφορέα λόγω καθίζησης) και μετά από εκδηλώσεις καταιγίδας (σε αυτή την περίπτωση ο τυφώνας Sandy).

Στη συνέχεια, μέτρησαν την αλατότητα του νερού, ή την αλμύρα, για να καθορίσουν τον τρόπο που οι παλίρροιες επηρεάζουν την αλατότητα των υπογείων υδάτων στον παράλιο υδροφόρο ορίζοντα και χρησιμοποίησαν αριθμητικά μοντέλα για να επικυρώσουν και να υποστηρίξουν τα αποτελέσματα τους.

Αυτό που έμαθαν ήταν ότι η ζώνη μίξης ήταν μεγάλη όταν το επίπεδο της παλίρροιας έφθασε σε υψηλά επίπεδα στην παραλία κατά τη διάρκεια της ανοιξιάτικης παλίρροιας, διότι πολύ από το θαλασσινό νερό είχε διεισδύσει απέναντι από την παραλία. Στην άμπωτη, η παλίρροια δεν φτάνει τόσο μακριά στην ενδοχώρα έτσι υπάρχει λιγότερη διείσδυση θαλασσινού νερού και μια μικρότερη ζώνη ανάμιξης.

Η κλίση της παραλίας είναι επίσης σημαντική, είπαν, αλλά ο πιο σημαντικός παράγοντας που επηρεάζει την κατανομή της αλατότητας ήταν οι εποχιακές αλλαγές στη βροχόπτωση. Όταν τα όμβρια νερά ήταν υψηλά στην ξηρά, τότε πιο γλυκό νερό ρέει μέσω του συστήματος και ξεπλένει το αλάτι έξω από την παραλία.

Η εργασία τους δείχνει πόσο δυναμικές είναι πραγματικά αυτές οι ζώνες ανάμειξης, και δείχνει πως συνδέεται η φυσική με τη βιοχημεία. Αυτό μας επιτρέπει να προβληματιστούμε για την καλύτερη διαχείριση και πρόβλεψη των μεταβολών στα παράκτια οικοσυστήματα μας, ειδικά καθώς οι παραλίες, οι παράκτιοι υγρότοποι και οι βάλτοι μας επηρεάζονται από την άνοδο της στάθμης της θάλασσας. Μας κάνει να συνειδητοποιήσουμε ότι τα σημαντικά πράγματα συμβαίνουν κάτω από τα πόδια μας, όπως καθόμαστε στην παραλία.

Τα δεδομένα αυτά θα μπορούσαν να παρέχουν τη συλλογιστική σε διαχειριστές παραλίας και μηχανικούς για να δημιουργήσουν ήπιες επικλινείς παραλίες με μεγάλη ζώνη μίξης.

Οι ερευνητές ανακάλυψαν επίσης ότι η ίδια η ζώνη ανάμειξης δεν είναι ένα σταθερό χαρακτηριστικό στο υπέδαφος αλλά κάτι το οποίο μεταβάλλεται.

Οι επιστήμονες ανάλογα με την ταχύτητα της κίνησης, μπορεί να βοηθήσουν για λιγότερες αντιδράσεις σε αυτή τη ζώνη ανάμιξης, οι οποίες με την σειρά τους θα μπορούσαν να συμβάλουν στα επιπλέον θρεπτικά συστατικά που πρέπει να αποτεθούν σε παράκτια νερά.

Το επόμενο βήμα στην έρευνα είναι να διαμορφώσουν κοινές χημικές αντιδράσεις που είναι γνωστό ότι εμφανίζονται σε αυτήν τη ζώνη, όπως η απονιτροποίηση και περαιτέρω διερεύνηση για μία δυναμική που μπορεί να ελεγχθεί, όπως η κλίση  της παραλίας, για τη βελτίωση της ποιότητας του νερού.

Οι επιστήμονες εξετάζουν τον ρόλο της βιολογίας και της χημείας που εμπλέκονται σε αυτό το παιχνίδι. Μικρόβια, για παράδειγμα, βοηθούν στην απομάκρυνση νιτρικών από την θάλασσα όταν τρώνε οργανική ύλη που βρίσκεται στον ωκεανό και αναπνέουν διαλυμένο οξυγόνο στο θαλασσινό νερό. Επίσης καταναλώνουν το οξυγόνο που βρίσκεται  στα υπόγεια νερά, και αν τους δοθεί αρκετός χρόνος, μπορεί να μας βοηθήσουν να μετατρέψουμε το νιτρικό σε “ευεργετικό” αέριο άζωτο με τον ίδιο τρόπο που οι άνθρωποι μετατρέπουν το οξυγόνο σε διοξείδιο του άνθρακα όταν αναπνέουμε.

Όλα αυτά τα πράγματα είναι σημαντικά για την κατανόηση του βιογεωχημικού πλαισίου σε αυτήν τη ζώνη ανάμειξης σύμφωνα με τους ερευνητές.

Γεωδίφης

Πηγή- Πανεπιστήμιο του Delaware