Có một giải pháp công nghệ cho vùng chết dưới nước?

Có thể bơm nước mặt giàu oxy vào độ sâu của hồ, cửa sông và nước biển ven bờ có thể giúp cải thiện các vùng chết nguy hiểm? Công trình mới do David Koweek và Ken Caldeira của Carnegie dẫn đầu và xuất bản truy cập mở của Science of the Total môi trường nói có, mặc dù họ cảnh báo rằng cần nghiên cứu thêm để hiểu bất kỳ tác dụng phụ nào có thể xảy ra trước khi thực hiện phương pháp này.

Khi quá nhiều chất dinh dưỡng từ nông nghiệp và các hoạt động khác của con người rửa trôi vào đường thủy, nó có thể tạo ra một hiện tượng nguy hiểm gọi là phú dưỡng. Điều này có thể dẫn đến vùng chết oxy thấp gọi là thiếu oxy.

“Vùng chết oxy thấp là một trong những vấn đề phổ biến nhất gây khó chịu cho cả hệ thống nước biển và nước ngọt trên khắp thế giới và là một vấn đề lớn đối với các cộng đồng phụ thuộc vào đánh bắt cá”, ông Koweek nói.

Những nỗ lực để chống lại tình trạng thiếu oxy thường tập trung vào việc giảm dòng chảy nông nghiệp và ngăn chặn các chất dinh dưỡng bị quá tải vào đường thủy. Nhưng đây là một quá trình rất chậm liên quan đến việc thay đổi tập quán canh tác, nâng cấp các cơ sở xử lý nước thải và thay đổi việc sử dụng phân bón tại nhà.

Koweek và Caldeira đã lãnh đạo một nhóm nghiên cứu một phương thuốc công nghệ được đề xuất, được gọi là downwelling, có thể bổ sung cho các chương trình giảm chất dinh dưỡng. Điều này liên quan đến việc bơm nước có nhiều oxy tự nhiên từ bề mặt xuống độ sâu của cơ thể bị ảnh hưởng của nước.

“Về lý thuyết, downwelling sẽ tạo ra sự pha trộn theo chiều dọc trong nước, phân phối oxy và ngăn chặn các điều kiện thiếu oxy,” Koweek giải thích. “Chúng tôi muốn thử nghiệm ý tưởng này và xem liệu nó có thực sự hiệu quả không.”

Nhóm nghiên cứu đã xây dựng các mô hình để so sánh hướng xuống với hai kỹ thuật công nghệ được sử dụng phổ biến nhất để ngăn chặn các vùng chết – oxy sủi bọt từ đáy và phun nước đài phun nước trên bề mặt. Các mô hình của họ chỉ ra rằng downwelling sẽ hiệu quả gấp ba đến 100 lần so với bong bóng và hiệu quả hơn 10.000 đến một triệu lần so với đài phun nước.

Sau đó, họ đã thực hiện một thí nghiệm thực địa tại Hồ chứa Searsville ở Woodside, California, chứng minh rằng việc hạ nhiệt có thể làm tăng độ bão hòa oxy ở khu vực ngay lập tức xung quanh các máy bơm từ 10 đến 30%, đủ để giảm bớt tình trạng thiếu oxy cho nhiều sinh vật biển. Tuy nhiên, điều này không kéo dài hơn một vài mét ngoài vùng lân cận của các đường ống mà qua đó nước mặt được bơm. Điều này có nghĩa là một mạng lưới rộng khắp sẽ là cần thiết cho bất kỳ nỗ lực lớn nào để chống lại các vùng chết trong một khu vực nhạy cảm về mặt kinh tế hoặc sinh thái.

Theo các nhà nghiên cứu, công trình của họ chỉ ra rằng công nghệ hạ nguồn có thể cho thấy tiềm năng mở rộng ra các khu vực lớn hơn, trong đó các khu vực chết hàng năm tạo ra sự suy thoái kinh tế và sinh thái lớn như Vịnh Chesapeake hoặc Vịnh Mexico. Họ ước tính rằng năng lượng cần thiết để cung cấp năng lượng cho máy bơm có thể tiêu tốn hàng chục triệu đô la mỗi năm. Vận hành máy bơm hạ áp quanh năm ở Chesapeake có thể có giá từ 4 đến 47 triệu đô la; Ở vùng Vịnh, tương tự có thể có giá từ 26 đến 263 triệu đô la.

Nhưng các thẻ giá này tương đối nhỏ so với chi phí nâng cấp cho các cơ sở xử lý nước thải và các chương trình giảm phân bón nhằm hạn chế đầu vào dinh dưỡng cho các vùng nước. Điều này cho thấy công nghệ hạ nguồn có thể được sử dụng cùng với các kế hoạch dài hạn để giảm ô nhiễm chất dinh dưỡng.

Giảm ô nhiễm chất dinh dưỡng là cách duy nhất để loại bỏ tình trạng thiếu oxy vĩnh viễn. Tuy nhiên, công việc của chúng tôi cho thấy rằng downwelling là một giải pháp công nghệ có thể giảm thiểu nguy cơ vùng chết oxy thấp trong khi các chiến lược quản lý chất dinh dưỡng được đưa ra.

Nguồn truyện:

Tài liệu được cung cấp bởi Viện khoa học Carnegie . Lưu ý: Nội dung có thể được chỉnh sửa cho kiểu dáng và độ dài.

Tạp chí tham khảo :

1. David A. Cửu Long, Clara García-Sánchez, Philip Brodrick, Parker Gassett, Ken Caldeira. Đánh giá giảm thiểu tình trạng thiếu oxy thông qua cảm ứng xuống . Khoa học về môi trường toàn diện , 2020; 137334 DOI: 10.1016 / j.scitotenv.2020.137334