水文地球化学变化的淡水来源跟踪机器学习的帮助

从保护生物多样性,确保饮用水的安全,周围的河流和小溪的生化组成美国对人类和环境福利至关重要。研究发现,人类活动和城市化推动盐渍化(盐含量增加)的全国淡水来源。在过剩,盐度可以使水不能饮用的,增加水的治疗费用,损害淡水鱼类和野生动物。

随着盐度的增加也被碱度的增加随着时间的推移,和过去的研究表明,盐渍化可能提高碱化。但与多余的盐分,碱化能有积极的对环境的影响由于中和水酸度和吸收二氧化碳的能力在地球的大气层——应对气候变化的一个关键组件。因此,理解的过程在起作用影响盐度和碱性环境和健康有重要影响。

锡拉丘兹大学的一组研究人员和德州农工大学应用机器学习模型探索,人类活动在多大程度上导致了水文地球化学变化,如增加盐度和碱度在美国河流。

团队使用的数据来自226年河流监测站点在美国和建造两个机器学习模型预测每月盐度和碱度水平在每个站点上。选择这些网站因为长期连续的水质测量记录了至少30年。从城市到农村的设置,模型探索了各种各样的分水岭,这是所有地区地表水流动收敛于一个点,如河流或湖泊。它评估32流域因素从水文、气候、地质、土壤化学、土地利用和土地覆盖查明盐度增加和碱度的因素。团队的模型确定人类活动作为主要贡献者的盐度美国河流,而碱度上升主要是由于更比人类活动的自然过程。

该小组,包括锡拉丘兹大学的研究人员道温,艺术与科学学院的助理教授地球和环境科学(ee),贝贝E, ee的研究生,查尔斯·t·德里斯科尔、环境系统的大学教授和特聘教授大学的工程和计算机科学和德州农工大学助理教授双张,最近他们的研究结果发表在《华尔街日报》科学的环境。

驾驶盐化和碱化是什么?

集团的钠预测模型,结果发现人类活动,如道路盐的应用作为主要贡献的盐度美国河流,是与以前的研究一致。该模型具体揭示人口密度和不透水表面百分比(人工表面,如道路)高盐含量的两个最重要的贡献者在美国河流。

根据温、盐度模型的准确性提供了一个研究小组的重要的概念。

“河流对盐度的原因,我们的机器学习模型的结果与以前的研究集中在野外观测,实验室工作和统计分析,“温说。“这证明了我们的方法是工作。”

与盐度结果确认团队的模型的准确性,然后他们将注意力转向碱度。他们的模型认为自然过程主要为河流碱度的变化,与先前的研究,认为人类活动是碱化的主要贡献者(Kaushal et al ., 2018)。他们发现,当地气候和水文地质条件包括径流、沉积物,土壤pH值和水分特性最影响河流碱度。

碳循环的关键

他们的发现具有重要的环境和气候影响的碱度河流碳循环形式中至关重要的一环。考虑碳暴雨期间的运动。下雨的时候,大气中的二氧化碳与水结合形成碳酸。当碳酸到达地面,接触某些岩石,它触发一个化学反应,提取气态的二氧化碳从大气中并把它输送到海洋通过土地水系统像湖泊和河流。被称为岩石风化,这个自然过程不断侵蚀岩石和隔绝大气中的二氧化碳在数百万年。这也是一个关键调节器的温室气体导致全球变暖。

“岩石风化的主要来源在自然水域和碱度的一个主要的方法来降低二氧化碳在空气中,“温说。认为它是一个恶性循环:当有太多的二氧化碳在大气中,温度上升导致增强的岩石风化。有更多的岩石被溶解到流域由于增强岩石风化、碱度增加,反过来又降低了二氧化碳。

“碱度是碳循环的关键组成部分,”温说。“当我们发现自然过程的主要驱动因素是碱化,这些自然因素仍然可以被人类改变了。我们可以改变河流的碱度水平通过改变自然参数,所以我们需要投入更多的恢复流域的自然条件和解决全球变暖问题和气候变化应对美国河流碱化。”

从团队的研究结果可以帮助未来的研究增强岩石风化的努力——岩石地面和分布在字段。通过分布在大面积岩粉,增加雨水和岩石之间的联系,提高二氧化碳从大气中清除。温家宝说,团队的模型可以帮助回答问题的进化在不同地区自然条件——一个重要的步骤需要实现更有效地增强岩石风化。

参考:张E B S,德里斯科尔CT,温家宝对美国t .人类和自然影响淡水盐化和碱化:机器学习方法。Sci总环绕。2023;889:164138。doi:10.1016 / j.scitotenv.2023.164138

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