Причиной трансформации является деградация вечной мерзлоты, происходящая в арктической зоне в два-три раза быстрее глобальных темпов потепления. Исследование выявило два независимых физико-химических механизма, приводящих к высвобождению железа и последующему «ржавлению» водоемов.
Кислотный дренаж горных пород (на возвышенностях). В каменистых почвах, богатых минералом пиритом («золотом дураков»), таяние льда запускает окислительные реакции. При контакте с водой и кислородом пирит, он же – серный или железный колчедан, распадается на железо и серу, образуя агрессивную серную кислоту и вымывая в воду сульфаты и другие тяжелые металлы. Это приводит к резкому закислению среды и выносу железа.
Биогенный вынос железа (в низинах). В заболоченных низменностях, где почва бедна кислородом, доминируют анаэробные микроорганизмы. Бактерии используют железо в качестве окислителя для дыхания, переводя его в растворимую форму. При смешивании этой воды с насыщенной кислородом речной водой происходит мгновенное окисление и выпадение в осадок гидроксидов железа – ржавчины.
Последствия для экосистемы катастрофичны. Взвешенные частицы железа распространяются на десятки километров, блокируя жабры рыб (в частности, лосося), подавляя рост водорослей и разрушая пищевые цепи. Ученые обнаружили временной лаг: железо, высвобожденное летом, может вымываться в реки лишь на следующий год.
Ключевым открытием стала возможность прогнозирования. Анализируя данные о температуре грунта из глубоких скважин (предоставленные, в том числе, учеными цинкового рудника Ред Дог) и сопоставляя их с химическим составом воды, исследователи научились предсказывать места будущего загрязнения. Это позволяет заблаговременно защищать критически важные нерестилища и водозаборы местных общин.
«После начала этого процесса обратить его вспять уже невозможно, – отмечает соавтор работы Тим Лайонс. – Однако мы можем использовать полученные данные для мониторинга и защиты тех участков рек, которые пока остаются безопасными».
