English
Zagadnienie niedoboru wody staje się coraz bardziej palącym problemem na skalę globalną. Wraz z rosnącym zanieczyszczeniem wód i zaburzeniem stosunków hydrologicznych, efektami m.in. urbanizacji i działalności rolniczej, wiele obszarów cierpi na niedobór wody, co wymaga natychmiastowego podjęcia skutecznych strategii zaradczych. Przybliżamy badania naukowe, które koncentrują się na analizie wpływu tych czynników na dostępność czystej wody w scenariuszach na 2050 r. Nieocenionym wsparciem w zwalczaniu zanieczyszczeń wód, nawet tak szkodliwymi chemikaliami jak PFAS, są opracowywane przez naukowców nowoczesne metody ich eliminacji ze środowiska. Wyraźne sygnały ostrzegawcze stanowią niepokojące prognozy dotyczące zmniejszania się pokrywy lodowej w Arktyce. Zjawisko to wymaga podjęcia działań w celu ochrony zasobów wodnych i adaptacji do zmieniającego się klimatu. Przeprowadzone w Szwecji badania zmian poziomu wody w jeziorach wskazują na konieczność monitorowania tego zjawiska oraz regulacji w celu adaptacji do zmiany klimatu. Wnioski z tych badań mają zastosowanie nie tylko do szwedzkich jezior, ale także do innych obszarów na świecie, również w Polsce.
1. A triple increase in global river basins with water scarcity due to future pollution
Wang M., Bodirsky B. L., Rijneveld R. et al. (2024). A triple increase in global river basins with water scarcity due to future pollution. Nature Communications, 15, 880
Niedobór wody staje się coraz poważniejszym problemem na świecie. Z powodu zanieczyszczenia azotem, powstałym na skutek urbanizacji i działalności rolniczej, wiele zlewni w Europie Środkowej, południowych Chinach, Ameryce Północnej i Afryce jest zagrożonych deficytem zasobów wody odpowiedniej jakości. Aby opracować właściwe strategie i działania zapobiegawcze, potrzebne jest lepsze zrozumienie rozkładu przestrzennego i głównych źródeł zanieczyszczenia wód azotem. Zespół niemiecko-holenderskich naukowców przeanalizował dane o użytkowaniu gruntów, hydrologii (wielkość poboru) oraz jakości wód w ciekach (zanieczyszczenia azotem) z ponad 10 tys. zlewni na świecie i wykorzystał 3 zintegrowane modele do zaprognozowania zjawiska niedoboru czystej wody na lata 2010 i 2050 w ramach 3 scenariuszy zmian klimatu oraz działań społeczno-gospodarczych.
Wyniki wykazały, że zanieczyszczenie pogłębia problem niedoboru wody w ponad 2 tys. zlewni na całym świecie, a liczba ta potraja się z powodu zanieczyszczenia azotem. W 2010 r. 984 zlewnie sklasyfikowano jako dotknięte niedoborem wody ze względów ilościowych, podczas gdy ponad 2,5 tys. miało problemy z uwagi na łączne deficyty ilości i jakości. W 2050 r., w najgorszym scenariuszu, liczba ta wzrośnie nawet do 3 tys. Naukowcy wskazują lokalizacje, w których w przyszłości wystąpi poważny niedobór czystej wody wraz ze wskazaniem głównego komponentu go warunkującego: ilości lub jakości (tj. zanieczyszczenia azotem). Autorzy badań podkreślają pilną potrzebę rozwiązania problemu dostępności wody odpowiedniej jakości w przyszłych politykach gospodarki wodnej dla Celów Zrównoważonego Rozwoju.
Obecnie strategie adaptacyjne skupiają się na niedoborze wody uzależnionym od jej ilości i obejmują m.in. oszczędzanie poprzez wdrożenie technik nawadniania w skali sektorowej czy też przekierowanie lub realokację w skali zlewni. W najbliższym czasie jednak ważniejsze będzie zwrócenie uwagi na działania zmniejszające zanieczyszczenie, gdyż to właśnie niska jakość będzie w przyszłości dominującą przyczyną niedoborów w wielu dorzeczach.
2. Complete electrocatalytic defluorination of perfluorooctane sulfonate in aqueous solution with nonprecious materials
Meng Z., Wilsey M. K., Cox C. P., Müller A. M. (2024). Complete electrocatalytic defluorination of perfluorooctane sulfonate in aqueous solution with nonprecious materials. Journal of Catalysis, 431
Substancje per- i polifluoroalkilowe (PFAS), zwane wiecznymi chemikaliami, to syntetyczne substancje chemiczne, charakteryzujące się niezwykłą odpornością na temperaturę, wodę i tłuszcze, co czyni je atrakcyjnymi komponentami opakowań. Mają szerokie zastosowanie konsumenckie, handlowe i przemysłowe. Aktualne metody usuwania zanieczyszczeń PFAS obejmują spalanie, napromieniowanie γ, plazmę nietermiczną, sonolizę, utlenianie chemiczne z wykorzystaniem odpowiedniej ilości silnych utleniaczy, utlenianie wody w stanie nadkrytycznym oraz elektroutlenianie na diamentach domieszkowanych borem lub innych cennych anodach. Wszystkie te rozwiązania charakteryzują się wysokimi kosztami inwestycyjnymi i operacyjnymi, a także wysokim zużyciem energii, co stanowi przeszkodę dla ich opłacalności w kontekście komercyjnym.
Naukowcy ze Stanów Zjednoczonych opracowali nową metodę defluoryzacji jednego z rodzajów PFAS – sulfonianu perfluorooktanu (PFOS). Związek ten był szeroko stosowany w materiałach wodo- i plamoodpornych, a obecnie jest zakazany w większości krajów na świecie ze względu na jego szkodliwość dla zdrowia ludzi i zwierząt. Mimo to PFOS nadal jest powszechny w środowisku, zwłaszcza w wodach. Zespół doktorantów z Uniwersytetu w Rochester, wykorzystując laser pulsacyjny w syntezie cieczy, stworzył nanokatalizatory, dzięki którym możliwe jest kontrolowanie wielkości powstałych nanocząstek poprzez interakcję światła z materią i rozbicie ich. Metoda ta jest znacznie bardziej opłacalna w porównaniu z dotychczas stosowanymi, gdyż wykorzystywane są w niej metale nieszlachetne. Dzięki opłacalnemu i zrównoważonemu podejściu oraz potencjałowi szerokiego zastosowania tego rozwiązania, może okazać się ono kluczowe w walce ze szkodliwymi chemikaliami PFAS.
3. Why is summertime Arctic sea ice drift speed projected to decrease?
Ward J. L., Tandon N. F. (2024). Why is summertime Arctic sea ice drift speed projected to decrease? The Cryosphere, 18, 3, 995–1012
Dzięki obserwacjom satelitarnym wiemy, że oprócz zmniejszania się pokrywy lodu morskiego w Arktyce, rośnie również prędkość jego dryftu. Ten wzmożony ruch jest ważnym potencjalnym czynnikiem przyspieszającym tempo kurczenia się obszaru lodu morskiego. Niemal wszystkie współczesne globalne modele klimatyczne pokazują pozytywne trendy zimowego dryftu lodu (marzec), zarówno dla okresu historycznego, jak i przyszłych scenariuszy ocieplenia. Jednak jak wynika z badań opublikowanych w Nature Reviews Earth & Environment w najbliższych latach lód w wodach Arktyki w okresie letnim będzie znikał częściej i na dłużej niż w latach ubiegłych, co znacząco wpłynie na dynamikę jego ruchu. Będzie to stanowiło niebezpieczeństwo dla społeczności żyjących w regionach przybrzeżnych Arktyki i arktycznych zwierząt, a także może stworzyć zagrożenie dla transportu morskiego.
Prędkość i częstotliwość zmniejszania się pokrywy lodu morskiego w Arktyce stała się przedmiotem badań Neila Tandona i Jamiego Warda, opublikowanych na łamach The Cryosphere. Ich celem było zrozumienie mechanizmów odpowiedzialnych za przewidywane spadki dryftu w okresie letnim, z wykorzystaniem wyników 17 modeli. Naukowcy stwierdzili, że chociaż dane obserwacyjne sugerują, że panuje tendencja do większych prędkości lodu morskiego, modele klimatyczne przewidują, że prędkości te spadną w sezonie letnim. Badacze wyjaśniają, że przyspieszenie lodu morskiego można porównać do rozszerzania i kurczenia się sprężyny, przy czym należy pamiętać, że cieńszy lód porusza się swobodniej. Lód, kiedy staje się niezwykle cienki, przechodzi w stan dryfu, w którym dominują siły zewnętrzne, takie jak wiatr i prądy oceaniczne. Potencjalne spowolnienie ruchu lodu morskiego może przynieść korzyści dla bezpieczeństwa transportu morskiego, jednak nie minimalizuje to wpływu stale zmniejszającej się pokrywy lodowej na społeczności rdzennych mieszkańców północy, ekosystemy i globalny klimat.
Arktyka w dalszym ciągu podlega szybkim przemianom. Mimo że badania dostarczają cennych informacji na temat skomplikowanych wzajemnych powiązań między procesami środowiskowymi a działalnością człowieka w regionie, nadal wymagane jest stałe monitorowanie i prowadzenie dalszych badań, aby zrozumieć i złagodzić konsekwencje zmian lodu morskiego w Arktyce.
4. Distinctive Patterns of Water Level Change in Swedish Lakes Driven by Climate and Human Regulation
Aminjafari S., Brown I. A., Frappart F. et al. (2024). Distinctive Patterns of Water Level Change in Swedish Lakes Driven by Climate and Human Regulation. Water Resources Research, 60, 3
Chociaż istnieje ogólne przeświadczenie, że jeziora mogą działać jak regulatory zmiany klimatu, ich skuteczność nie została jeszcze dokładnie rozpoznana. Zidentyfikowano natomiast kluczowe czynniki, które mogą służyć jako wskaźniki wpływu zmiany klimatu zarówno na jezioro, jak i jego zlewnię. Zmienne te odzwierciedlają szeroki zakres fizycznych, chemicznych i biologicznych reakcji na klimat. W badaniu szwedzkich naukowców przeanalizowano spowodowane działalnością człowieka wahania poziomu wody w 144 uregulowanych i nieuregulowanych jeziorach. Wykorzystując dane z satelitarnych pomiarów altimetrycznych z kilku misji (ERS-2, ENVISAT, JASON-1,2,3, SARAL i Sentinel-3A/B) oraz pomiary in situ, ustalono, że jeziora regulowane wykazują większe wahania poziomu wody w porównaniu z jeziorami nieregulowanymi. W latach 1995-2022 około 52 proc. jezior wykazywało tendencję rosnącą, a 43 proc. tendencję spadkową. Większość zbiorników ze zwiększającym się poziomem wody znajdowała się na północy Szwecji, a z opadającym na południu. Podczas gdy sezonowe wzorce poziomu wody w jeziorach na północy były podobne w jeziorach regulowanych i nieuregulowanych, na południu znacznie się różniły. Wyniki te podkreślają potrzebę stałego monitorowania poziomu wody i uwzględniania regulacji tych zbiorników w praktykach gospodarki wodnej i polityce adaptacji do zmiany klimatu. Prezentują też obiecującą metodę wykorzystania danych satelitarnych do analizy zmian poziomu wody w zbiornikach wodnych.
