[미국] 겨울철 기온 상승으로 미 호수·강·하천에 영양 오염 증가시켜

버몬트·콜로라도·캔자스·미시간 대 연구팀, 기후 변화로 동결된 영양분이 유출돼

과학자들은 기후 변화로 인해 겨울이 따뜻해짐에 따라 호수, 강, 하천에 영양 오염(nutrient pollution)을 가중시킨다는 미국 수질에 대한 새로운 위협에 대해 경종을 울리고 있다.

미국 국립 과학 재단(National Science Foundation, NSF)이 지원하는 한 연구에 따르면 겨울 기온과 강우량 상승으로 인해 이전에 얼어 붙어 있던 겨울철 영양 오염이 40개 이상의 주를 포함한 40%의 미국 연안에 수질 오염을 가중시키고 있다는 것을 발견했다고 밝혔다.

비료, 분뇨, 동물 사료 등에 포함된 인(P)과 질소(N)로부터 강과 호수로 유출되는 영양분은 수십 년 동안 수질에 영향을 미쳐왔다. 하지만 눈이 내리는 기후에서의 영양분 유출에 대한 대부분의 연구는 식물의 성장기에 초점을 맞추고 있다. 역사적으로 추운 기온과 지속적인 스노우팩(snowpack)은 식물이 과잉 영양소를 흡수하는 것을 도울 수 있는 봄에 유역이 녹을 때까지 질소와 인과 같은 영양소를 제자리에 동결시켰다.

그러나 미국의 겨울은 빠르게 따뜻해지고 있으며, 미국 대부분 지역에서 계절적 스노우팩은 불안정적이다. 눈에 내리는 비, 녹는 눈, 강우량 증가는 휴면 초목이 흡수할 수 없는 겨울 동안 영양소와 토양을 하천과 강으로 운반한다. 결과적으로 겨울철 영양 오염의 유출 영향은 드물거나 존재하지 않는 상태에서 연중 다른시기 보다 빠르게 악화됐다.

이 연구는 버몬트 대학교(University of Vermont), 콜로라도 대학교(University of Colorado), 캔자스 대학교(University of Kansas), 미시간 대학교(University of Michigan)의 연구자들이 『환경 연구 서신(Environmental Research Letters)』에 발표했다.

버몬트 대학교의 캐롤 어데어(Carol Adair) 연구원은 "겨울에 미국 유역을 통과하는 훨씬 더 많은 양의 탁한 물과 퇴적물이 운반되는 것을 분명히 보고 있다"며, "겨울 영양 오염에 대한 생각은 사람과 환경에 심각한 문제를 일으킬 가능성이 있는 비교적 최근의 기후 변화 영향이기 때문에 새로운 것이다"라고 말했다.

특히 우려되는 것은 소위 "눈위에 내리는 비" 현상으로, 경제적, 환경적으로 파괴적인 대규모 홍수를 일으킬 수 있다고 연구원들은 말한다. 이 연구팀은 지리 공간 데이터 세트를 이용해 질소와 인이 많이 있는 지역에서 눈위에 내리는 비 현상의 영향에 대해 조사했다.

연구진은 눈위에 내리는 비가 인접한 미국 지역의 53%에 영향을 미치고, 미국 질소 및 인 웅덩이의 50%가 지하수 및 지표수로 유출될 위험에 처해 있다는 사실을 발견했다. 이러한 요인들이 모이는 곳에서는 인접한 미국의 40% 이상이 이러한 사건으로 인한 영양소 유출 및 토양 손실의 위험에 처해 있다.

로라 로츠(Laura Lautz) NSF의 지구과학부의 프로그램 책임자는 "예를 들어, 미시시피 강을 따라 눈위에 내리는 비 현상은 기후가 따뜻해지고 눈이 비로 바뀌면서 홍수가 증가하고 해안 부영양화를 일으키는 영양소가 더 많아지는 것을 볼 수 있음을 보여준다"라며, "이 연구는 수질과 생태계 건강에 영향을 미치는 기후 변화의 연쇄적인 영향을 강조한다"고 말했다.

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As winters warm, nutrient pollution threatens 40% of U.S.

As climate changes, previously frozen chemical runoff from farms and fields puts water quality at risk

Scientists are ringing alarm bells about a significant new threat to U.S. water quality: as winters warm due to climate change, they are unleashing large amounts of nutrient pollution into lakes, rivers and streams.

Now, a U.S. National Science Foundation-supported study finds that previously frozen winter nutrient pollution — unlocked by rising winter temperatures and rainfall — is putting water quality at risk in 40% of the contiguous U.S., including more than 40 states.

Nutrient runoff into rivers and lakes — from phosphorus and nitrogen in fertilizers, manure, animal feed and more — has affected water quality for decades. However, most research on nutrient runoff in snowy climates has focused on the growing season. Historically, cold temperatures and a continuous snowpack froze nutrients like nitrogen and phosphorous in place until the watershed thawed in the spring, when plants could help absorb excess nutrients.

But U.S. winters are fast warming, and the seasonal snowpack in much of the U.S. has become less stable. Increased rain-on-snow, snowmelt and rainfall events now carry nutrients and soil into streams and rivers during winter when dormant vegetation cannot absorb them. As a result, winter runoff impacts on nutrient pollution have quickly progressed from rare or nonexistent to worse than during other times of the year.

The study was published in Environmental Research Letters by scientists at the University of Vermont, the University of Colorado, the University of Kansas and the University of Michigan.

"We are clearly seeing much larger amounts of cloudy water and sediment traveling through U.S. watersheds in winter," said Carol Adair, a University of Vermont researcher. "The idea of winter nutrient pollution is new, because it's a relatively recent impact of climate change with the potential to cause significant problems for people and the environment."

Of particular concern are so-called "rain-on-snow" events, researchers say, which can cause large, economically and environmentally devastating floods. The team used geospatial datasets to explore the impacts of rain-on-snow events in U.S. regions with large pools of nitrogen and phosphorous.

The scientists found that rain-on-snow affects 53% of the contiguous U.S. and puts 50% of U.S. nitrogen and phosphorus pools at risk of export to groundwater and surface water. Where these factors converge, more than 40% of the contiguous U.S. is at risk of nutrient export and soil loss from these events.

"A rain-on-snow event along the Mississippi River, for example, shows that as climate warms and snowfall turns to rain, we may see increased flooding and more of the nutrients that cause coastal eutrophication," said Laura Lautz, a program director in NSF's Division of Earth Sciences. "This research highlights the cascading effects of climate change that impact water quality and ecosystem health."

[출처 = NSF(https://beta.nsf.gov/news/winters-warm-nutrient-pollution-threatens-40-us#hero-credit-caption) / 2022년 11월 2일]

[연구논문수록 = Environmental Research Letters(https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1748-9326/ac8be5)]