Alaskas Flüsse und Bäche rosten: Warum färbt sich das Wasser immer mehr orange?

Einige Proben der beeinträchtigten Gewässer haben einen pH-Wert von 2,3 im Vergleich zum durchschnittlichen pH-Wert von 8 für diese Flüsse. Das Problem breitet sich auf größere Flüsse aus. Was ist passiert?

Orange Flüsse Alaska Oxidation Permafrost Tauwetter — Eine Luftaufnahme des rostfarbenen Kutuk River im Gates of the Arctic National Park in Alaska. Der auftauende Permafrost setzt Mineralien der Erosion aus, wodurch der Säuregehalt des Wassers steigt und Metalle wie Eisen, Zink und Kupfer freigesetzt werden. Bildnachweis: Ken Hill - National Park Service.

Dutzende von Alaskas entlegensten Bächen und Flüssen verändern sich von kristallblau zu dunkelorange, und dies könnte das Ergebnis von Mineralien sein, die durch das Schmelzen des Permafrostes freigelegt werden, nach neuen Forschungsergebnissen, die in der Zeitschrift Nature Communications: Earth and Environment veröffentlicht wurden.

Zum ersten Mal hat ein Team von Forschern des National Park Service, des US Geological Survey, der University of California, Davis, und anderer Institutionen einige der beeinträchtigten Gewässer dokumentiert und beprobt und dabei 75 Standorte in einem Gebiet von der Größe von Texas in der Brooks Range im Norden Alaskas identifiziert.

Diese geschädigten Flüsse und Bäche könnten im Zuge des Klimawandels erhebliche Auswirkungen auf das Trinkwasser und die Fischerei in den arktischen Einzugsgebieten haben, so die Forscher.

"Je weiter wir flogen, desto mehr orangefarbene Flüsse und Bäche fielen uns auf", sagte der Hauptautor Jon O'Donnell, ein Ökologe des NPS Arctic Monitoring and Inventory Network. "Es gibt bestimmte Stellen, die fast wie Orangensaft mit Milch aussehen. "Diese orangefarbenen Ströme können problematisch sein, weil sie giftig sind, aber sie können auch Fische daran hindern, zu ihren Laichgründen zu wandern."

Orangefarbenes Wasser in Alaska aus dem Weltraum sichtbar

O'Donnell erkannte das Problem erstmals, als er 2018 einen Fluss besuchte, der rostig aussah, obwohl er im Jahr zuvor noch sauber war. Er begann zu recherchieren und Wasserproben zu nehmen, wann immer dies in abgelegenen Regionen möglich war, wo Hubschrauber oft die einzige Möglichkeit sind, Flüsse und Bäche zu erreichen.

"Die gefärbten Flüsse sind so groß, dass wir sie vom Weltraum aus sehen können", sagt Brett Poulin, Assistenzprofessor für Umwelttoxikologie an der UC Davis, der die Studie geleitet hat. "Man muss sie stark färben, um sie aus dem Weltraum erfassen zu können."

Poulin, der sich mit Wasserchemie auskennt, war der Meinung, dass die Färbung dem Phänomen der sauren Minenentwässerung ähnelt, nur dass es in der Nähe der geschädigten Flüsse keine Minen gibt, auch nicht am berühmten Salmon River und anderen staatlich geschützten Gewässern.

Eine Hypothese besagt, dass der Permafrost, der im Wesentlichen aus gefrorenem Boden besteht, Mineralien speichert, und dass bei Erwärmung des Klimas die zuvor eingeschlossenen metallischen Mineralien Wasser und Sauerstoff ausgesetzt werden, was zur Freisetzung von Säuren und Metallen führt.

"Die Chemie verrät uns, dass die Mineralien erodieren", so Poulin. "Zu verstehen, was im Wasser ist, ist ein Fingerabdruck dessen, was passiert ist.

Stark säurehaltige und korrosive Bedingungen

Einige Proben der beeinträchtigten Gewässer weisen einen pH-Wert von 2,3 auf, verglichen mit dem durchschnittlichen pH-Wert von 8 für diese Flüsse. Das bedeutet, dass die Sulfidminerale erodieren und stark saure und korrosive Bedingungen schaffen, die zusätzliche Metalle freisetzen. Es wurden hohe oder erhöhte Werte von Eisen, Zink, Nickel, Kupfer und Cadmium gemessen.

"Wir sehen viele verschiedene Arten von Metallen in diesen Gewässern", sagt Evinger. "Eines der wichtigsten Metalle ist Eisen. "Das ist die Ursache für die Farbveränderung.""

Es wurden hohe oder erhöhte Werte von Eisen, Zink, Nickel, Kupfer und Cadmium gemessen.

Obwohl O'Donnell die Veränderung erst 2018 bemerkte, zeigten Satellitenbilder bereits 2008 verschmutztes Wasser.

"Mit der Zeit breitet sich das Problem langsam von kleinen Quellgebieten auf größere Flüsse aus", sagte er. "Wenn Probleme oder neue Bedrohungen auftreten, müssen wir in der Lage sein, sie zu verstehen."

Die Risiken erkennen und verstehen

Die Forscher befinden sich im zweiten Jahr eines dreijährigen Stipendiums, das darauf abzielt, zu verstehen, was im Wasser passiert, zu modellieren, welche anderen Gebiete gefährdet sein könnten, und die Auswirkungen auf das Trinkwasser und die Fischpopulationen zu bewerten.

Das Problem nimmt zu und beeinträchtigt Lebensraum, Wasserqualität und andere ökologische Systeme, indem es gesunde Gebiete in geschädigte Lebensräume mit weniger Fischen und wirbellosen Tieren verwandelt. Wenn ländliche Gemeinden für die Trinkwasserversorgung auf diese Flüsse angewiesen sind, müssen sie möglicherweise irgendwann behandelt werden, und die Fischpopulationen, die die Anwohner ernähren, könnten davon betroffen sein.

"Das hat viele Auswirkungen", sagte O'Donnell. "Da sich das Klima weiter erwärmt, erwarten wir, dass der Permafrost weiter schmilzt und daher überall dort, wo es diese Art von Mineralien gibt, die Möglichkeit besteht, dass sich die Flüsse orange färben und die Wasserqualität verschlechtert."

Es sind weitere Arbeiten erforderlich, um das Problem besser zu verstehen und festzustellen, ob sich Flüsse und Bäche erholen können.

Quellenhinweis:

O’Donnell, J.A., Carey, M.P., Koch, J.C. et al. Metal mobilization from thawing permafrost to aquatic ecosystems is driving rusting of Arctic streams. Commun Earth Environ 5, 268 (2024). https://doi.org/10.1038/s43247-024-01446-z