ร่องลึกใต้ทะเล

ในหลายรัฐทางมิดเวสต์ เกษตรกรใช้การระบายน้ำแบบกระเบื้องเพื่อป้องกันไม่ให้พื้นที่นาของพวกเขามีน้ำขัง ท่อฝังอยู่ใต้ผิวดินสามถึงสี่ฟุต ทางน้ำเข้าสู่ลุ่มน้ำมิสซิสซิปปี ท่อกระเบื้องทำให้ทุ่งนาแห้ง แต่ยังส่งไนโตรเจนจำนวนมากไปตามกระแสน้ำ ไนโตรเจนเป็นสารอาหารที่เกิดขึ้นตามธรรมชาติในดินและเป็นส่วนประกอบทั่วไปในปุ๋ย ไนโตรเจนส่วนเกินในน้ำทำให้เกิดปัญหาต่อระบบนิเวศในน้ำ คริสเตียนสันค้นคว้าวิธีลดปริมาณไนโตรเจนที่ไหลไปตามร่องลึกที่เต็มไปด้วยเศษไม้ งานของพวกเขาคือการสกัดกั้นการเดินทางของน้ำจากทุ่งสู่แม่น้ำและลำธาร ร่องลึกเรียกว่าเครื่องปฏิกรณ์ชีวภาพ ร่องลึก ไม่ใช่ฮีโร่หลัก มันเป็นแบคทีเรียที่อาศัยอยู่ในพวกมันที่ต่อต้านการคุกคามของไนโตรเจน “แบคทีเรียชนิดดีอาศัยเศษไม้และใช้เป็นอาหาร” คริสเตียนสันกล่าว แหล่งอาหารเข้มข้นนี้ให้พลังงานพิเศษแก่แบคทีเรียในการเปลี่ยนไนโตรเจนให้เป็นก๊าซที่ไม่เป็นอันตราย Christianson กล่าวว่าเธอสนใจในความเรียบง่ายของเครื่องปฏิกรณ์ชีวภาพ "เรากำลังปรับปรุงกระบวนการทางธรรมชาติ" เธอกล่าว "มีความสง่างามอยู่ในนั้น" รัฐในลุ่มแม่น้ำมิสซิสซิปปีตอนบน เช่น มินนิโซตา ไอโอวา และอิลลินอยส์ เป็นจุดร้อนสำหรับไนโตรเจนในน้ำระบาย "ในรัฐอิลลินอยส์เพียงแห่งเดียวมีทุ่งกระเบื้อง 10 ล้านเอเคอร์" คริสเตียนสันกล่าว EPA ท้าทายสิบสองรัฐที่ติดกับแม่น้ำมิสซิสซิปปี้ให้ลดปริมาณสารอาหารที่ชะล้างลงแม่น้ำและลงสู่อ่าวเม็กซิโก ปริมาณน้ำฝนและการชลประทานดึงไนโตรเจนจากดินและสะสมไว้ในมหาสมุทรซึ่งสาหร่ายจะกินมัน ในที่สุดสาหร่ายก็เอาชนะสิ่งมีชีวิตรูปแบบอื่นเพื่อรับแสงแดดและออกซิเจน นอกจากนี้ เมื่อสาหร่ายตาย กระบวนการย่อยสลายจะกินออกซิเจนที่ละลายอยู่ในน้ำจนหมด "เขตมรณะ" ที่เกิดขึ้นในอ่าวเม็กซิโกมีพื้นที่มากกว่า 5,000 ตารางไมล์ เครื่องปฏิกรณ์ชีวภาพไม่ได้มีประโยชน์เฉพาะในภาคเกษตรกรรมเท่านั้น Christianson กล่าวว่าในช่วง 5 ถึง 8 ปีที่ผ่านมา ความสนใจในเครื่องปฏิกรณ์ชีวภาพในฐานะการแก้ปัญหาคุณภาพน้ำได้เพิ่มขึ้น นักวิทยาศาสตร์กำลังใช้เครื่องปฏิกรณ์ชีวภาพเป็นวิธีการต้นทุนต่ำในการลดเชื้อโรคในน้ำเสียจากเทศบาลและการเพาะเลี้ยงสัตว์น้ำ มีรัฐต่างๆ เข้าร่วมมากขึ้น และการศึกษาใหม่จากส่วนต่างๆ ของโลกได้เพิ่มความซับซ้อนเฉพาะตำแหน่งให้กับการวิจัย เครื่องปฏิกรณ์ชีวภาพมีโครงสร้างที่เรียบง่าย แม้ว่าขนาดจะแตกต่างกันไป แต่ร่องลึกโดยทั่วไปจะมีความยาว 100 ฟุตและกว้าง 20 ฟุต และปิดทับด้วยดินชั้นบนหนึ่งฟุต ร่องลึกโดยทั่วไปมีความลึก 3.5 ฟุต และเต็มไปด้วยแหล่งอาหารที่อุดมด้วยคาร์บอนสำหรับแบคทีเรีย เช่น เศษไม้หรือข้าวโพด ท่อกระเบื้องจากนาจะเดินท่อใหม่ผ่านคูน้ำก่อนไหลลงสู่ลำธาร แม้จะมีการออกแบบที่เรียบง่าย แต่ก็มีความท้าทายที่ซับซ้อนเมื่อใช้เครื่องปฏิกรณ์ชีวภาพ "เราพยายามปรับปรุงการออกแบบอย่างต่อเนื่อง" คริสเตียนสันกล่าว "เช่นเดียวกับมนุษย์ แบคทีเรียทำงานได้ไม่ดีนักเมื่ออากาศเย็น" แบคทีเรียไม่มีประสิทธิภาพในการลดไนโตรเจนในเดือนฤดูใบไม้ผลิทางตะวันตกตอนกลาง ซึ่งเป็นช่วงที่หิมะละลายเริ่มกรองผ่าน เครื่องปฏิกรณ์ชีวภาพจำเป็นต้องเติมทุกๆ 10 ปีหรือมากกว่านั้นด้วยเศษไม้หรือแหล่งคาร์บอนอื่นเพื่อให้แบคทีเรียได้รับอาหารอย่างดี Christianson กล่าวว่า แม้ว่าทุนบางส่วนจะชดเชยค่าใช้จ่ายในการติดตั้งเครื่องปฏิกรณ์ชีวภาพ แต่การสนับสนุนให้เกษตรกรเข้าร่วมนั้นเป็นเรื่องยาก "เรากำลังขอให้เกษตรกรจ่ายเงินเพื่อสาธารณประโยชน์ และนั่นไม่ใช่เรื่องง่ายเมื่อคุณพยายามที่จะหาเลี้ยงชีพ" เธอกล่าว แม้จะมีความท้าทาย แต่การใช้เครื่องปฏิกรณ์ชีวภาพเพื่อปรับปรุงคุณภาพน้ำยังคงมีความหลากหลายและประสิทธิภาพก็ดีขึ้นอย่างต่อเนื่อง