Topirea permafrostului contaminează râurile arctice cu metale toxice

În unele dintre cele mai izolate regiuni ale planetei, unde râurile au curs timp îndelungat prin peisaje aproape neatinse de activitatea industrială, apa începe să capete o culoare neașteptată. Albia unor cursuri de apă din Alaska este străbătută de dâre portocalii, iar unele izvoare par să transporte un amestec tulbure, asemănător ruginii diluate în apă. La prima vedere, fenomenul ar putea sugera o contaminare industrială. În realitate, explicația pare să se afle chiar sub picioarele noastre, în solul înghețat al Arcticii.

Topirea permafrostului modifică nu doar peisajul regiunilor polare, ci și chimia apelor care le străbat. Pe măsură ce terenul înghețat se dezgheață, apa ajunge la minerale care au rămas izolate de mediul exterior pentru perioade foarte lungi. Reacțiile chimice rezultate pot mobiliza metale și compuși acizi, transportați apoi către râuri și lacuri.

Un studiu recent prezentat de publicația ScienceAlert, bazat pe cercetări desfășurate în lanțul muntos Brooks din Alaska, arată cât de amplă poate deveni această problemă. În anumite puncte ale unui râu, concentrațiile de metale au ajuns la valori de până la 70 de ori mai mari decât cele obișnuite, iar semnalul chimic al contaminării a fost identificat la aproximativ 97 de kilometri în aval de sursă.

Cum poate topirea permafrostului să transforme râurile în ape portocalii?

Permafrostul este solul, sedimentul sau roca ce rămâne înghețată timp de cel puțin doi ani consecutivi. În regiunile arctice, unele dintre aceste depozite au rămas înghețate timp de secole sau chiar milenii, păstrând în interiorul lor materie organică, minerale și diverse elemente chimice.

Cât timp terenul rămâne înghețat, circulația apei și contactul dintre minerale, oxigen și microorganisme sunt limitate în multe dintre aceste straturi. Încălzirea climatică schimbă însă această situație. Stratul activ de la suprafață, care se dezgheață în fiecare vară, poate deveni mai profund, iar apa provenită din precipitații și din topirea zăpezii poate pătrunde mai departe în sol.

Acolo, ea întâlnește minerale care conțin sulf și metale. Un rol important îl pot avea mineralele sulfurate, precum pirita, care reacționează cu oxigenul și apa. În anumite condiții, aceste reacții produc aciditate și eliberează sulfați, fier și alte elemente din rocă.

Apa transportă apoi produșii acestor reacții către izvoare, pâraie și râuri. Fierul oxidat contribuie la apariția nuanței portocalii, asemănătoare ruginii, dar culoarea vizibilă reprezintă doar o parte a problemei. În spatele ei se pot ascunde modificări ale acidității și concentrații crescute de metale care nu pot fi evaluate doar prin observarea apei.

Prin urmare, un râu portocaliu nu este doar un peisaj neobișnuit. El poate fi indiciul unui proces geochimic care modifică profund mediul acvatic.

Ce au descoperit cercetătorii în râurile din Alaska

Primele semnale vizibile ale fenomenului au fost observate în 2018, când cercetătorii au remarcat apariția unor scurgeri portocalii în cursuri de apă din Munții Brooks, o regiune vastă din nordul statului american Alaska. Absența minelor în apropiere a ridicat o întrebare importantă: cum puteau râurile dintr-un asemenea peisaj să prezinte caracteristici asemănătoare apelor contaminate de drenajul minier?

Pentru a înțelege fenomenul, o echipă condusă de Taylor Evinger, cercetător în domeniul chimiei mediului la Universitatea California, Davis, a analizat probe de apă colectate între 2022 și 2024 din șase bazine hidrografice din regiunea Brooks Range. Rezultatele, publicate în revista științifică AGU Advances, au arătat că unele scurgeri erau extrem de acide și încărcate cu metale. În anumite cazuri, caracteristicile apei erau comparabile cu cele întâlnite în drenajul provenit din exploatări miniere metalifere sau chiar mai pronunțate.

Printre elementele identificate se numără fierul, aluminiul, manganul, zincul, nichelul și cadmiul, alături de elemente din categoria pământurilor rare. Prezența lor nu este surprinzătoare în sine, deoarece metalele există în mod natural în roci și soluri. Problema apare atunci când procesele geologice le eliberează într-un ritm care modifică semnificativ chimia apelor și expune organismele la concentrații potențial periculoase.

Unul dintre cele mai îngrijorătoare rezultate a fost observat în bazinul râului Salmon. Într-o zonă influențată de o scurgere bogată în metale, concentrațiile măsurate au ajuns la valori de până la 70 de ori mai mari decât cele obișnuite, iar influența chimică a fost detectată chiar și la aproximativ 60 de mile, adică aproape 97 de kilometri, în aval.

Această distanță arată că efectele dezghețării nu se limitează neapărat la locul în care apa contaminată iese la suprafață. Odată ajunse în rețeaua hidrografică, substanțele pot fi transportate departe, afectând sectoare ale râurilor care, privite de la distanță, par încă să facă parte dintr-un ecosistem sălbatic și intact.

De ce încălzirea și ninsorile abundente pot agrava fenomenul

Un detaliu important al studiului este legătura dintre schimbările chimice observate în râuri și condițiile meteorologice din anii precedenți. Cercetătorii au asociat o eliberare importantă de metale cu vara anului 2019, cea mai caldă înregistrată până atunci în Alaska, urmată de o iarnă cu ninsori neobișnuit de abundente.

La prima vedere, poate părea paradoxal că o iarnă bogată în zăpadă ar putea contribui la un fenomen provocat de încălzire. Explicația ține însă de proprietățile izolatoare ale stratului de zăpadă. O pătură groasă de zăpadă împiedică o parte din căldura solului să se piardă în atmosfera rece, limitând refacerea stratului înghețat în timpul iernii.

Dacă terenul a fost încălzit puternic în timpul verii, iar zăpada împiedică răcirea sa suficientă, dezghețul poate avansa mai adânc în sol. Apa ajunge astfel în contact cu volume mai mari de rocă și cu minerale care anterior erau izolate. Reacțiile chimice se intensifică, iar produșii lor pot fi transportați spre râuri prin circulația apei subterane.

După episodul din 2019, cercetătorii au observat creșteri accentuate ale concentrațiilor de sulfați și zinc în râurile studiate, urmate de o scădere treptată în anii următori. Această evoluție sugerează că unele evenimente climatice pot declanșa impulsuri importante de eliberare a metalelor, ale căror efecte chimice persistă o perioadă după evenimentul inițial.

Totuși, legătura dintre temperatură, zăpadă și eliberarea metalelor nu trebuie interpretată ca o regulă simplă, valabilă identic în toate regiunile arctice. Geologia locală, structura solului, circulația apei și tipul mineralelor prezente influențează modul în care reacționează fiecare bazin hidrografic.

Ce se întâmplă cu peștii și ecosistemele acvatice

Râurile arctice sunt mult mai mult decât niște elemente spectaculoase ale peisajului. Ele susțin comunități complexe de organisme, de la microorganisme și nevertebrate acvatice până la pești care reprezintă o verigă importantă a lanțurilor trofice.

Creșterea acidității și acumularea metalelor pot afecta aceste comunități prin mai multe mecanisme. Unele metale pot deveni mai mobile și mai disponibile în condiții acide, ceea ce le poate facilita pătrunderea în organisme. Efectele diferă în funcție de metal, concentrație, durata expunerii și sensibilitatea speciei. În același timp, modificările chimice pot afecta procese fiziologice esențiale și pot reduce disponibilitatea habitatelor potrivite pentru anumite viețuitoare.

Cercetările anterioare desfășurate în Alaska au documentat deja o asociere între apariția râurilor portocalii și scăderea diversității nevertebratelor acvatice, precum și reducerea abundenței peștilor în unele cursuri de apă. Aceste observații întăresc îngrijorările privind consecințele ecologice ale fenomenului, chiar dacă impactul exact diferă de la un râu la altul.

Pești precum somonul și peștii albi sunt deosebit de importanți în ecosistemele nordice. Ei contribuie la transferul nutrienților între mediile acvatice și terestre și reprezintă o sursă de hrană pentru numeroase animale. În unele comunități rurale din Alaska, pescuitul are și o importanță alimentară și culturală majoră.

Dacă degradarea calității apei se extinde sau se intensifică, efectele ar putea depăși limitele unui singur ecosistem. Modificările populațiilor de pești pot influența prădătorii, disponibilitatea hranei și activitățile comunităților care depind de aceste resurse.

Este important, totuși, să distingem între riscul identificat și efectele demonstrate asupra oamenilor. Cercetătorii citați de ScienceAlert au precizat că, la momentul relatării, nu erau cunoscute cazuri în care fenomenul din regiunea Brooks Range să fi provocat probleme de sănătate în sate prin contaminarea apei potabile. Absența unor astfel de cazuri raportate nu elimină riscul, ci arată că monitorizarea și evaluarea expunerii sunt esențiale.

Un fenomen care se extinde dincolo de Alaska

Râurile portocalii nu reprezintă o anomalie izolată. Observații realizate în ultimii ani au identificat mii de scurgeri asociate drenajului acid al rocilor în zone cu permafrost din America de Nord. Peste 200 de râuri și pâraie au fost raportate ca fiind afectate de astfel de procese, potrivit informațiilor prezentate de ScienceAlert. Fenomene asemănătoare au fost documentate și în regiunile boreale și arctice din Canada, precum și în alte teritorii în care există sol înghețat permanent.

Această răspândire sugerează că ne confruntăm cu un efect al schimbărilor climatice care a fost insuficient luat în calcul în evaluările anterioare ale transformărilor din Arctica. Deși drenajul acid al rocilor este cunoscut de mult timp, apariția sa în regiuni sălbatice, fără activități miniere în apropiere, evidențiază un mecanism diferit de contaminare a apelor.

În cazul exploatărilor miniere, excavarea rocilor poate expune mineralele sulfurate la oxigen și apă, favorizând reacțiile care produc aciditate și mobilizează metale. În regiunile arctice afectate de dezgheț, încălzirea terenului poate declanșa procese asemănătoare fără să fie necesară intervenția umană directă asupra rocilor.

Această distincție este importantă. Nu înseamnă că activitățile industriale și încălzirea climatică produc întotdeauna efecte identice, ci că unele procese naturale pot genera o chimie a apei comparabilă cu cea întâlnită în zonele afectate de drenajul minier.

O altă provocare este accesibilitatea regiunilor afectate. Unele dintre locurile investigate pot fi atinse numai cu elicopterul, ceea ce face dificilă colectarea repetată a probelor și supravegherea continuă. Imaginile aeriene și observațiile din teren pot identifica schimbările de culoare, însă analizele de laborator sunt necesare pentru a determina ce metale sunt prezente, în ce concentrații și cu ce potențiale efecte biologice.

Poate fi prevenită contaminarea râurilor prin topirea permafrostului?

Odată ce mineralele din sol și rocă încep să reacționeze cu apa și oxigenul, oprirea procesului nu este simplă. Spre deosebire de o deversare industrială punctuală, care poate avea o sursă identificabilă și uneori poate fi izolată, dezghețarea permafrostului modifică treptat condițiile geologice și hidrologice ale unor teritorii vaste.

Din acest motiv, una dintre cele mai importante măsuri este monitorizarea sistematică a râurilor din regiunile vulnerabile. Măsurarea acidității, a concentrațiilor de metale și a cantității de sedimente poate ajuta la identificarea cursurilor de apă care se degradează și la evaluarea evoluției lor în timp.

La fel de importantă este urmărirea efectelor biologice. Analizele chimice trebuie corelate cu observațiile privind nevertebratele, peștii și celelalte organisme acvatice. Numai astfel cercetătorii pot stabili dacă o modificare a compoziției apei produce efecte ecologice semnificative și care sunt speciile cele mai vulnerabile.

În paralel, reducerea încălzirii globale rămâne esențială pentru limitarea transformărilor care afectează permafrostul. Chiar dacă răspunsul fiecărui bazin hidrografic depinde de particularitățile sale geologice, încălzirea regiunilor arctice favorizează dezghețarea terenului și modificarea circuitului apei.

Descoperirea are și o implicație mai largă pentru modul în care evaluăm schimbările climatice. Efectele acestora nu se limitează la creșterea temperaturilor, retragerea ghețarilor sau modificarea habitatelor. Ele pot declanșa reacții geochimice care schimbă felul în care elementele chimice circulă între sol, apă și organismele vii.