חומרים מזינים במערכות אקולוגיות ימיות

ריכוזי חנקות ופוספט ניתן למדוד בדגימות מים באמצעות ריאגנטים כימיים ידועים שגורמים לדגימה לשנות צבע כאשר בנוכחות חומר מתזונה ספציפי, עם עוצמת צבע גוברת המצביעה על ריכוז מוגבר של החומרים המזינים. כדי להבטיח שחרור של כל מולקולות פוספט כי הם נקשרו משקעים במים, דגימות זרחן מתעכלים כימית עם חום לשחרר קשרים פוספט עבור מידה של פוספט הכולל במדגם.

כדי לכמת את עוצמת הצבע המיוצרת על ידי ריאגנט, ספקטרופוטומטר משמש למדידת אורך הגל הספציפי של האור התואם עם כל צבע הנגרם על ידי החומרים המזינים והראגנטים שלהם (ענבר חנקתי; כחול פוספטים). לאחר מכן הספקטרופוטומטר שולח קרן אור דרך כל דגימה כדי למדוד את כמות האור הנספג על ידי הצבע (ספיגה). כמה שהצבע כהה יותר, כך הספיגה גבוהה יותר. הספקטרופוטומטר ממיר את הספיגה לריכוז מתזונה מוצג (mg/L) בהתבסס על סמך התקפות ריכוז ידועות.

איור 2. גרף המשווה חנקות בין סוגי שימוש בקרקע שונים (לא מפותחים, חקלאיים ועירוניים).

ריכוזי חנקות ממוצעים בהשוואה במעלה הזרם ובמורד הזרם ממפעל לטיפול במים(איור 3). מדידת הזרם במורד מייצגת את השחרור מהטיפול.

איור 3. ריכוזי חנקות ממוצעים בהשוואה במעלה הזרם ובמורד הזרם ממפעל לטיפול במים. מדידת הזרם במורד מייצגת את השחרור מהטיפול.

איור 4. גרף של זרחן למקומות שונים לאורך נהר שיקגו.

ריכוזי פוספט ממוצעים בהשוואה במעלה הזרם ובמורד הזרם ממפעל לטיפול במים(איור 5). המדידה במורד הזרם מייצגת את הפריקה מהטיפול.

איור 5. ריכוזי פוספט ממוצעים בהשוואה במעלה הזרם ובמורד הזרם ממפעל לטיפול במים. המדידה במורד הזרם מייצגת את הפריקה מהטיפול.

ריכוזים גבוהים של חנקות וזרחן יכולים לעורר תנאים אוטרופיים במים על ידי גרימת פריחת אצות המשפיעה לרעה על גורמי איכות מים אחרים כולל חמצן מומס, טמפרטורה, ואינדיקטורים אחרים. חנקות עודפות יכולות להוביל למים היפוקסיים (רמות נמוכות של חמצן מומס) שאינם מסוגלים עוד לתמוך בחיים אירוביים היוצרים "אזור מת", שבו מינים לא ניידים מתים המוניים ומינים ניידים מתרחקים למים אחרים. אזורים מתים מתרחשים ברחבי העולם באזורי חוף שבהם מתכנסות כמויות גדולות של נגר ושפכים עתירי חומרים מזינים, והחיים הימיים מרוכזים ביותר(איור 6). שניים מהשטחים המתים הגדולים ביותר נמצאים בים הבלטי, שם נמדדו בממוצע 49,000 ק"מ² מים המכילים פחות מ-2 מ"ג/ליטר של חמצן מומס, ובצפון מפרץ מקסיקו עם שטח מת שנמדד ב-17,353 ק"מ^2.

איור 6. אזורים מתים ימיים ברחבי העולם
עיגולים אדומים מראים את המיקום והגודל של אזורים מתים רבים. נקודות שחורות מראות אזורים מתים בגודל לא ידוע. כחול כהה יותר בתמונה זו מראה ריכוזים גבוהים יותר של חומר אורגני חלקיקי, אינדיקציה למים הפוריים מדי שיכולים להסיק לשיאם באזורים מתים. הגודל והמספר של האזורים המתים הימיים — אזורים שבהם המים העמוקים כה נמוכים בחמצן מומס שיצורי ים לא יכולים לשרוד — גדלו בצורה נפיצה בחצי המאה האחרונה. אין זה צירוף מקרים כי אזורים מתים מתרחשים במורד הנהר של מקומות שבהם צפיפות האוכלוסייה האנושית גבוהה (החום הכהה ביותר).