Onderzoekers ontdekken verhoogde kwikniveaus in bergmoerassen van Colorado

Krediet: Pixabay/CC0 Publieke Domein

Klimaatverandering doet gletsjers en permafrost in de bergen bij Boulder, Colorado, smelten, waardoor rotsen bloot komen te liggen en mineralen met sulfaat, een vorm van zwavel, in lokale wateren terechtkomen.

Onderzoekers van CIRES hebben de impact van sulfaat in bergmoerassen bestudeerd en bevestigd dat verhoogde niveaus de productie van methylkwik kunnen verhogen, een krachtige neurotoxine die zich in de voedselketen ophoopt en kan leiden tot uiteenlopende gezondheidsproblemen. “Er is heel weinig onderzoek gedaan naar de productie van methylkwik in hooggelegen moerassen,” zei Hannah Miller, promovenda aan CU Boulder en hoofdschrijver van de studie. “Dit laat belangrijke kennisleemtes zien over hoeveel er wordt geproduceerd in bergmoerassen en hoe dit kan veranderen met de voortschrijdende klimaatverandering.”

Het onderzoek, gepubliceerd in Environmental Research Letters, is de eerste die basismetingen van de toxine in het watersysteem van Boulder in kaart brengt. De resultaten kunnen grondbeheerders helpen om toekomstige effecten op bodems, water dat in beekjes stroomt, en lokale fauna te monitoren. CIRES Fellow Eve-Lyn Hinckley, die de Environmental Biogeochemistry Group van CU Boulder leidt, co-auteur van de studie, voegde daar aan toe: “Dit onderzoek is tijdig, gezien de samenvloeiing van wereldwijde veranderingen, waaronder de opwarming van het klimaat, veranderingen in de aanvoer van reactieve elementen en de opkomst van bosbranden die gevoelige hooggelegen ecosystemen bedreigen.”

In een opwarmende wereld kan afstroming ecosystemen veranderen

Wereldwijd ondervinden bergecosystemen onevenredige gevolgen van klimaatverandering, waarbij gletsjers en permafrost sneller smelten dan ooit tevoren. Recente studies hebben aangetoond dat water in gletsjergevoede bergbeekjes steeds meer sulfaat bevat. In de afgelopen 30 jaar is de concentratie sulfaat in het watersysteem van North Boulder met ongeveer 200% toegenomen, en vergelijkbare trends zijn gedocumenteerd in meer dan 150 meren en beken wereldwijd. “Het is een echt interessant door het klimaat aangedreven signaal dat steeds meer aandacht krijgt,” zei Miller. “En hoewel toenemende sulfaatconcentraties directe gevolgen hebben voor ecosystemen, kunnen ze ook indirecte effecten hebben, waaronder het veranderen van hoe kwik in moerassen wordt getransformeerd.”

Het team heeft verder onderzocht hoe sulfaatafstroming de kwikcyclus beïnvloedt, specifiek hoeveel kwik wordt omgezet in de meest giftige vorm: methylkwik. Moerassige wetlands en grote waterlichamen missen zuurstof in hun bodems, waardoor microben zich hebben aangepast om andere elementen, zoals sulfaat, te gebruiken om energie te produceren en te groeien. Wanneer sulfaat stroomafwaarts beweegt en in contact komt met kwik, in dit geval in door water verzadigde veengebieden net onder de boomgrens, stimuleert complexe chemie sulfaat-reducerende bacteriën om kwik om te zetten in giftig methylkwik.

Graven naar bodem boven en onder de boomgrens

Miller heeft bodemmonsters genomen in de bergen 25 mijl ten noordwesten van Boulder om te bevestigen of toenemende sulfaatstromen kunnen leiden tot een verhoogde productie van methylkwik. De studie bestond uit twee delen: het documenteren van methylkwikniveaus in moerassen boven en onder de boomgrens, en het identificeren van het niveau waarop sulfaat methylkwikproductie kan stimuleren. Met een rugzak vol bodemmonsters laadde Miller haar auto en reed naar het U.S. Geological Survey Mercury Research Lab in Madison, Wisconsin. Daar analyseerde ze de bodems om te zien welke locaties de hoogste niveaus van giftig kwik produceerden. Ze voerde aanvullende experimenten uit op de subalpiene veengebieden, waarbij ze toenemende hoeveelheden sulfaat toevoegde om te simuleren wat onderzoekers in het veld hadden waargenomen. Ze volgde de methylkwikniveaus bij elke extra injectie van sulfaat.

In de moerassen boven de boomgrens vonden onderzoekers zeer lage hoeveelheden methylkwik. Maar in de veengebieden onder de boomgrens waren de niveaus hoog. De resultaten wijzen op het verschil in vegetatie: meer bomen, struiken en planten creëren een welvarende koolstofrijke omgeving voor microben, wat de productie van methylkwik kan stimuleren. “We ontdekten ook in ons experiment dat gematigde sulfaat toevoegingen aan de subalpiene veengebieden resulteerden in de grootste productie van methylkwik binnen de bodems,” zei Miller.

Waarom zouden gematigde sulfaatconcentraties resulteren in de hoogste niveaus van methylkwik? Een studie uit de jaren ’90 die het “Goudenlokje-effect” introduceerde, concludeerde dat “juist goed”—of gematigde hoeveelheden—sulfaat gemengd met kwik leidt tot een piek in de productie van methylkwik. In tegenstelling hiermee zijn methylkwikniveaus lager of niet aanwezig in bodems wanneer sulfaatniveaus hoog of laag zijn.

De resultaten presenteren de eerste sulfaatdrempels die identificeren op welk punt methylkwikniveaus het hoogst kunnen zijn in het North Boulder Watershed. De studie biedt grondbeheerders informatie over hoe de voortdurende export van sulfaat methylkwikniveaus in deze ecosystemen in de toekomst kan beïnvloeden. “In semi-aride bergecosystemen maken slecht ontwikkelde bodems en beperkte waterlichamen het gemakkelijk om te denken dat er een lager risico op kwikvervuiling is,” zei Miller. “Maar onze bevindingen tonen aan dat er een risico is, met name in subalpiene veengebieden, en roepen belangrijke vragen op over hoe deze toxine de gemeenschappen en wilde dieren die op die waterbron vertrouwen nu en in de toekomst kan beïnvloeden.”