Während sich die Welt erwärmt und die Eisschilde schmelzen, steigt der Ozean kontinuierlich an. Im Großraum Boston kann bis zum Jahr 2100 mit einem Anstieg des Meeresspiegels zwischen einem und sechs Fuß gerechnet werden. nach aktuellen Schätzungen.
Um herauszufinden, was dieser Anstieg für die Süßwasserversorgung bedeuten könnte, hat sich ein Team von Hydrogeologen der University of Massachusetts Amherst unter der Leitung von David Boutt, Professor für Erd-, Geographie- und Klimawissenschaften, mit der Southeastern Massachusetts Pine Barrens Alliance (SEMPBA) und 13 zusammengetan andere Basis-Umweltorganisationen, ein innovatives neues Modell zu entwickeln, das nicht nur das Eindringen von Salzwasser in den nächsten 75 Jahren vorhersagen kann, sondern auch die Hauptquellen der Salzverschmutzung heute genau bestimmen kann – Streusalz und menschliche Entwicklung. Das Team veröffentlichte die Ergebnisse seiner Studie im aktuellen Bericht: Bewertung der Sicherheitslücke beim Eindringen von Salzwasser in Plymouth, MA.
„Seit vielen Jahren arbeite ich mit Bürgerinteressenvertretern in der südöstlichen Ecke von Massachusetts zusammen“, sagt Boutt, „und im Jahr 2021 kam die Pine Barrens Alliance, eine Umweltgruppe, die sich für die Erhaltung des einzigartigen Umweltcharakters der Region interessiert, mit … auf mich zu.“ eine Idee für ein Projekt, das dabei helfen soll, zu beurteilen, wie Gemeinden entlang der Küste sich am besten auf den Klimawandel vorbereiten können.“
Boutt und seine Kollegen, darunter der frischgebackene UMass-Absolvent und Forschungsassistent Alexander Kirshen, die Studenten Rachel King und Carly Lombardo, der Doktorand Daniel Corkran und der Postdoktorand Brendan Moran, nutzten die Gelegenheit, um ihre akademische Forschung auf ein dringendes, reales Problem anzuwenden nach Hause.
Plymouth liegt auf einem Süßwassergrundwasserleiter – der einzigen Wasserquelle der Stadt. Da sich Plymouth bis zum Meeresrand erstreckt, ist es äußerst anfällig für den Anstieg des Meeresspiegels. Für ihre Studie warfen Boutt, Kirshen und Kollegen einen Blick in den Untergrund, um zu sehen, was passierte.
Das unter der Landoberfläche fließende Grundwasser und das ebenfalls unterirdisch fließende Meerwasser drängen gegeneinander und erreichen einen Gleichgewichtszustand. Ein auf der Süßwasserseite gebohrter Brunnen wird mit Süßwasser fließen, aber ein Brunnen, der in den Brackwasser-Treffpunkt zwischen Süß- und Salzwasser bohrt, wird salzhaltiges Wasser hervorbringen. Wenn die Ozeane ansteigen, dringt das unterirdische Salzwasser weiter ins Landesinnere, und Brunnen, die seit Generationen reines Wasser liefern, können plötzlich salzig werden.
Während die Theorie recht intuitiv erscheinen mag, ist die tatsächliche Kartierung – ganz zu schweigen von der Vorhersage – der Flüsse und Wechselwirkungen von Süß- und Salzwasser eine enorm komplexe Aufgabe.
Zunächst baute das Team eine Salzgehaltsdatenbank auf, die alle verfügbaren Daten aus Grundwasserbrunnen und Oberflächenwasser wie Teichen und Bächen in der Gegend von Plymouth sammelte und deren Salzgehalt maß. Dies verschaffte ihnen ein grundlegendes Verständnis der aktuellen Standorte und wahrscheinlichen Quellen eines erhöhten Salzgehalts im Wasser.
Als nächstes übernahmen Boutt und Kirshen ein bestehendes hydrogeologisches Modell des US Geological Survey, das sich nur auf die landseitige Hälfte der hydrogeologischen Gleichung konzentrierte, indem sie dessen Reichweite fünf Kilometer vor der Küste erweiterten. Das Modell umfasst Teiche, Bäche, terrestrische Neubildung – oder die Niederschlagsrate und -menge, die in den Grundwasserleiter versickert – sowie die verschiedenen Brunnen, die aus dem Grundwasserleiter schöpfen, und das Abwasser, das über Reinfiltrations- oder Kläranlagen in den Grundwasserleiter zurückgeführt wird .
Schließlich führten sie eine Reihe von Modellläufen durch, bei denen verschiedene Szenarien im Hinblick auf zukünftige Niederschläge, den Anstieg des Meeresspiegels, die Grundwassernutzung und Veränderungen des in den Grundwasserleiter zurückgeführten Wassers berücksichtigt wurden.
„Wir haben herausgefunden, dass bei einem Szenario mit hohem Meeresspiegelanstieg der Salzgehalt in Bereichen des Grundwasserleiters bis zum Jahr 2100 um bis zu 17.000 Milligramm pro Liter zunehmen wird“, sagt Kirshen, „und die Vermischungszone zwischen Ozean und Süßwasser weiter ins Landesinnere wandern wird.“ bis 200 Meter.“
Während es bei einigen Teichen zu einem erheblichen Anstieg des Wasserspiegels um bis zu 1,8 Meter kommen kann, würde der Salzgehalt der meisten Teiche durch diese Versalzungsquelle nicht ansteigen.
Das Team erfuhr außerdem, dass Wasser, das durch Kläranlagen in den Grundwasserleiter zurückgeführt wird, eine wichtige Rolle dabei spielt, das Eindringen von Salzwasser zu begrenzen. „Etwa 66 % des Wassers, das aus dem Grundwasserleiter gepumpt wird, kehrt letztendlich dorthin zurück“, sagt Kirshen.
Die vielleicht größte Überraschung ist, dass der höchste Salzgehalt heute nicht in Küstennähe, sondern im Landesinneren und insbesondere rund um die Straßen zu verzeichnen ist. „Das hat mich überrascht“, sagt Boutt, „und es sieht so aus, als ob Streusalz heute eine der Hauptquellen für erhöhten Salzgehalt ist.“
„Bei der Partnerschaft mit UMass Amherst haben wir immer über die Gemeindegrenzen von Plymouth hinaus gedacht“, sagt SEMPBA-Vizepräsident Frank Mand. „Wir teilen einen Grundwasserleiter und eine geologische Grundlage mit über 30 Gemeinden in unserer Ökoregion. Obwohl die Nachrichten für Plymouth also gut sind, haben wir, was noch wichtiger ist, jetzt eine wissenschaftliche Grundlage – und neue Methoden zur Bewertung der Anfälligkeit für das Eindringen von Salzwasser –, die auf übertragbar sind.“ diese anderen Gemeinden und wird dazu beitragen, die Planung von Plymouth und anderen Gemeinden für die kommenden Jahre zu beeinflussen.
„Wir haben nicht darauf gehofft, dass die Wissenschaft uns hilft, unsere Fehler wieder gutzumachen“, fügt Mand hinzu. „Wir wollten Probleme in der Zukunft vermeiden. Das war an sich schon ein würdiges Ziel.“
Um sich auf die Zukunft vorzubereiten, empfehlen Boutt und Kirshen weitere, detailliertere Analysen der Hydrogeographie der Region, die Schaffung eines Frühwarnsystems zur Überwachung der Standorte, die am anfälligsten für das Eindringen von Salzwasser sind, und die Entwicklung neuer Brunnen in Gebieten, die am wenigsten gefährdet sind Salzverschmutzung und das Überdenken von Praktiken, wie z. B. das Salzen der Straßen im Winter, die derzeit für den Großteil der Salzwasserverschmutzung in der Region verantwortlich sind.
Mehr Informationen:
Alexander Kirshen et al., Bewertung der Anfälligkeit für Salzwassereinbrüche in Plymouth, MA – Verschärfende Auswirkungen des Meeresspiegelanstiegs auf die Wasserqualität und die Nachhaltigkeit von Grundwasserleitern (2023)