生锈的管道可以指导地下水测试工作

哦,我们不需要担心。他们有红色的轴心。

表面上,轶事是足够清晰。“红色”问题,特洛伊Gilmore知道,生锈。轴心,与此同时,中心枢轴点:提高灌溉管道周围旋转中心点分发水在循环模式从30000英尺最为明显,在灌溉作物像巨大的绿色跳棋拥挤田园玉米带的棋盘。

至于担心吗?将硝酸,fertilizer-derived化合物可以渗入地下水,如果通过饮用水消耗超过一定的浓度,对人类健康构成威胁。

不过,布拉斯加-林肯大学副教授发现即时评论有点奇怪。即使他的广泛的水文背景,Gilmore从未听说过任何生锈的轴心和地下水硝酸盐之间的联系。但是马蒂•斯坦格环境主管黑斯廷斯公用事业,在解释一个反渗透水处理设备,最近进入操作。

所以Gilmore继续听,申请了好奇心。最终,他提到了他的then-doctoral咨询员,迈卡拉樱桃,朝着她自然资源学院的博士学位。

“我们说,‘你知道吗?我们应该考虑,”回忆起樱桃,她获得博士学位2021年12月从内布拉斯加州U。“这是一件事吗?哪里有红色的轴心,硝酸没有?”

现在,几十个小时后观察卫星图像,编辑电子表格数据和驾驶的内布拉斯加州中南部的乡村公路,樱桃和她的同事们有充分的理由怀疑,斯坦格是正确的。根据他们的研究,红色中心枢轴点——具体地说,那些完全涂有红褐色铁泵从地下蓄水层下面,似乎意味着缺乏地下水硝酸盐在流经管道。

这并不是说铁铜绿的缺乏意味着周边地下水硝酸必然高。

“non-rusty主不会告诉你任何东西,”说樱桃,现在物理科学家与美国地质调查局(U.S. Geological Survey)的内布拉斯加州水科学中心。“但是那些生锈的轴心的存在表明没有(多)在地下水硝酸盐。”

他们不是随机的

当Gilmore共享斯坦格与樱桃的轶事,她的第一反应是去测试它通过一些老式的田野调查。不幸的是,COVID-19大流行的早期阶段将暂停。但樱桃想:也许她至少可以确定中心枢轴点,甚至辨别他们的表面积是多少生锈,通过研究谷歌地球。稍加练习,她意识到这是可行的,最终分类700轴心成三个类别之一:full-rust, part-rust或no-rust。

“我花了长时间在谷歌地球上盯着枢轴点,”她笑着说。“然后,一旦我们可以再次开始做更多的田野调查,出去和反复检查轴心上,我看见在谷歌地球上生锈的实际上是在现实生活中生锈的。”

樱桃关注三个irrigation-intensive剥玉米皮州县坐上的大规模加拉拉地下含水层-亚当斯,卡尼和菲尔普斯——她已经来到内布拉斯加州2018年以来进行了研究。上路前,樱桃挑出277个枢轴点检查。

她也不会孤单。大流行也破坏了大峡谷旅游,迈卡拉的妹妹,伯大尼,在一个公园管理员。有一些新发现的时间在她的手,伯大尼决定为为期三天的骑枪研究公路旅行。在一起,姐妹们找到了轴心,拍摄并成功地分类约250。

“这是一个很多的乐趣,”迈卡拉说。“你进入节奏。”

事实证明,她的谷歌地球侦察是值得的:在83%的情况下,姐妹的地面分类枢轴点匹配与女主角米凯拉的卫星分类。然后她开始比较每个主的生锈和硝酸最近阅读的地下水来喂它,依赖地下水联合开发的数据库内布拉斯加州的农业部门和大学的。

樱桃特别感兴趣是否相应的硝酸浓度高于或低于10毫克每升,美国环境保护署成立于1991年的最大浓度适合人类食用。标准源于蓝婴综合症的出现,在一个婴儿的皮肤变成蓝色,经常从high-nitrate喝公式的结果准备好水,可减少血液中的氧含量。多个研究硝酸同样与出生缺陷和一些癌症的发病率更高。

后交叉引用轴心的位置和他们的地下水硝酸盐浓度,樱桃发现没有76井地下水喂养full-rust轴心含有硝酸高于10 mg / L阈值。事实上,这些来源的平均硝酸浓度仅为2.4 mg / L。大部分,但不是全部,地下水提供part-rust轴心也坐在硝酸阈值以下,平均浓度为4.5 mg / L,但最多近23 mg / L。

尽管多数no-rust轴心从地下水井EPA阈值以下,平均7.8 mg / L,其他人没有。的井提供no-rust主测量近44 mg / L, EPA四倍以上限制。和统计分析证实了一个清晰的区别——很可能是由于一个机会——硝酸浓度之间的相关full-rust和no-rust轴心。

“这似乎是一个很强的相关性之间的铁锈和硝酸,“樱桃说,是谁干的注意,更大的样本量可能进一步放贷支持团队的结论。

在为期三天的实地考察通过中南部内布拉斯加州樱桃也开始注意到一个模式,后来证实当她绘制了轴心根据地面分类。

“生锈的轴心往往发生在补丁,”她说。“它们不是随机的。你看到在整个研究区团在一起。”

微生物,士力架和农夫的年鉴

当然,樱桃,杰弗里·吉尔摩和他的同伴们Westrop是Yusong李和蒂芙尼梅塞尔集团好奇什么,确切地说,是负责nitrate-rust链接。他们还不确定,但是他们有一个假设——一个涉及无数的微生物,尤其是细菌生活在土壤和地下水。

Aquifer-dwelling微生物经常欠他们的生存有机碳,这让他们电子燃料代谢。一些化学反应基本生存,然而,也依赖于捐赠电子元素或化合物在他们的附近。愿意接受多个元素和化合物微生物电子,但是微生物只能捐这些电子在最节能的方式。

“他们“吃”是基于什么是,什么是积极的简单,“樱桃说。“这就像人类决定吃士力架和一些生菜。士力架是要给他们最简单的能量。”

所以微生物优先考虑接受者的电子:溶解氧第一,紧随其后的是硝酸盐、锰和铁。贷款电子地下水中的铁,微生物转化成一种氧化,或生锈,如果它被抽到地面,暴露在氧气——解释为什么一些中心枢轴点成为涂有红棕色色调,即使他们没有腐蚀。

但事实上,微生物诉诸硝酸铁后才使用,樱桃说,表明大多数或所有可用的地下水硝酸盐在同一已经消耗。这可以解释为什么一个红色主似乎表明硝酸在地下蓄水层的缺失。

“这是我们建议的机制,“樱桃说。”这是,从逻辑上讲,我们认为可能会发生什么。”

当然,上面的轴心的含水层必须包含铁变红的。因为并不是所有的含水层,樱桃说,拟议的彩色系统仅适用于区域特性的公平份额的元素。通常,这些地区毗邻溪流或河流——包括普拉特,内布拉斯加州的中南部。

除了丰富的aquifer-irrigated农田,内布拉斯加州中南部是樱桃的研究的首要位置,部分原因在于该地区的自然资源区,或”,长期监测地下水硝酸盐和其他污染物。在奥马哈,林肯和其他市区基础设施不断监视所有的饮用水,”在农村地区地下水样本子集的位置在一个旋转的基础上。内布拉斯加州中南部,Tri-Basin和小蓝”投入大约一个月一年取样井,樱桃说。尽管过程可能是成熟的,它不便宜。

一项新的调查农村内布拉斯加州与此同时,发现约25%的水从私人水井。子集,只有55%的人说他们有自己的专为硝酸水测试。樱桃说,她可以想象未来的农村居民甚至”咨询中心枢轴点作为一种农民的年鉴速记的屏幕区域的潜在缺乏硝酸。

“如果你在一个地方你知道这个镇几乎完全生锈的轴心,也许你只是要样品一到两个油井。而这(其他)乡镇没有任何生锈的轴心。也许你样本井越多,你得到一个更好的主意硝酸在哪里,”她说。“所以你可以在战略上硝酸样本根据你认为可能是一个问题。”

方法可能是特别相关的国家,比如巴西,广泛扩大使用的灌溉,樱桃说。目前发展中国家缺乏资源定期地下水样品他们也可能发现一些价值转向轴心的指导。

“在一个理想的世界里,”她说,“这可能是一个应用程序,该应用程序可以用来来源地区在高或低硝酸盐污染的风险之前,它甚至会发生。”

参考:樱桃毫升,Gilmore TE,梅塞尔集团T,李Y, Westrop是j .关键的地下水质量评价的新方法。ACS是水。2022年。doi:10.1021 / acsestwater.2c00121

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