Eriejärven myrkyllinen vihreä lima pahenee ilmastonmuutoksen myötä

Cleveland, Ohio-kesän laskiessa suuri osa läntisestä Eriejärvestä haisee. Vihreää mönjää—kilometrejä ja kilometrejä-leijuu pinnalla, ja siitä lähtee mätänevän kalan kaltainen haju, kun se hajoaa.

pohjasakka ei ole vain epämiellyttävä. Se on vaarallista.

haitalliset leväkukinnat ovat terveysriski kaikissa 50 osavaltiossa. Mutta Eriejärvi, viidestä suuresta järvestä matalin ja siten lämpimin, on ainutlaatuisen altis leväkukinnoille. Kuten useimmat muutkin kukinnoista kärsivät vesistöt, järvi on täynnä ravinteita, mikä muodostaa täydellisen kasvualustan bakteerille, jonka tiedetään myrkyttävän Lemmikit, saastuttavan juomaveden ja luovan hapettomia ”kuolleita vyöhykkeitä”, jotka tappavat vesieläimiä.

järven lähitulevaisuus näyttää synkältä: kukinnot pahenevat ilmastonmuutoksen myötä ja uhkaavat matkailua ja virkistystä. Järven puustoisen ahdingon tutkiminen kuitenkin kukoistaa, ja löydökset ovat maailmanlaajuisesti ajankohtaisia. Sinilevää, joka tukahduttaa erien, Microcystisin—joka ei oikeastaan ole levää vaan eräänlainen yhteyttävä bakteeri-esiintyy runsaasti järvissä kaikilla mantereilla paitsi Etelämantereella.

” miksi se on niin hyvä kilpailija? Sen me toivomme oppivamme”, sanoi Bowling Greenin valtionyliopiston biologisten tieteiden apulaisprofessori Tim Davis, joka on tutkinut haitallisia leväkukintoja eri puolilla maailmaa.

myrkylliset syanobakteerit, joita kutsutaan puhekielessä ”myrkyllisiksi leviksi”, nousivat valokeilaan Yhdysvalloissa vuonna 2014, kun Toledossa Ohiossa sijaitsevasta juomavesitehtaasta löytyi vaarallisia myrkkypitoisuuksia rutiinitestissä ja kaupunki julisti vesijohtoveden juomakelvottomaksi. Sadattuhannet ihmiset jäivät etsimään puhdasta vettä, kunnes Toledo kumosi kiellon yli kaksi päivää myöhemmin.

kun hätä meni ohi, kaikkien mielessä oli kysymys: ”Mitä meidän pitää tehdä varmistaaksemme, että olemme turvassa?”sanoi Pete Bucher, joka alkoi työskennellä Etelä-Toledoa edustavan osavaltionkokouspiirin lainsäädäntöavustajana kuukausi kaupungin vesikriisin jälkeen. Bucher on nykyään Ohion ympäristöneuvoston vesipolitiikan toimitusjohtaja.

Environmental Protection Agency (EPA) ei tuolloin edellyttänyt syanotoksiinien, mukaan lukien Microcystisin tuottaman toksiinin, testaamista. Se muuttui Toledon jälkeen.

EPA otti vuonna 2016 käyttöön syanotoksiinien pakollisen kansallisen seurannan sääntelemättömällä kontaminanttien Valvontasäännöllä. Sääntö astui voimaan vuonna 2018, ja sen on määrä päättyä tänä vuonna. Eriejärven saastuneissa osissa sijaitsevat juomavesilaitokset ovat myös ottaneet käyttöön kalliita mutta tehokkaita hoitoja, kuten hapettamista, suodatusta aktiivihiilellä ja toksiinipitoisten Mikrokystiinisolujen fyysistä poistamista tai suodattamista, jotka voidaan toteuttaa heti, kun toksiineja havaitaan.

jos nykyään käytössä olevat suojatoimet—tiheämpi satelliittiseuranta, jossa on korkeampia resoluutiokuvia, laitteet, jotka havaitsevat kukintoja juomaveden saannissa, ja itse kukintojen parempi mallinnus—olisivat olleet olemassa Toledon kukkimisen aikana vuonna 2014, myrkyn esiintyminen ei olisi ollut yllätys, ja ”he olisivat pystyneet puuttumaan siihen”, sanoi Rick Stumpf, merentutkija National Oceanic and Atmospheric Administrationissa (NOAA). ”Se ei toistuisi.”

Stumpf on osa NOAA: n tutkijaryhmää, joka alkoi vuonna 2009 käyttää satelliitteja Eriejärven kukinnon koon arvioimiseen. Toledon vesikriisin jälkeen NOAA vaihtoi viikoittaisten tiedotteiden julkaisemisesta erien Bloomista satelliittikuvien avulla lähes päivittäisten päivitysten julkaisemiseen.

täydellinen katastrofi

Eriejärven suurin sivujoki Maumeejoki laskee erien länsialtaaseen, joka on järven matalinosa. Yli 70 prosenttia Maumeen valuma—alueesta käytetään maatalouteen, ja sateet huuhtovat typpeä ja fosforia—levien kasvun kannalta keskeisiä ravinteita-viljelysmailla käytetystä lannoitteesta Maumeeseen. Valumavesien ravinteet kulkeutuvat suoraan järveen.

Sademäärä ja ravinnepitoisuudet ovat kaksi päätekijää, jotka vaikuttavat kukinnon kokoon. Typen ja fosforin vapautumista maataloudesta, joka on Eriejärven suurin ravinnelähde, voidaan hillitä. Runsaammat sateet kuitenkin lisäävät ravinnekuormitusta kaikista lähteistä, myös luonnon lähteistä, mikä aiheuttaa suurempia kukintoja. Levät viihtyvät lämpimämmässä vedessä,ja ilmastonmuutoksen odotetaan tuovan alueelle lämpimämpää ja kosteampaa säätä, mikä pahentaa nykyisiä tekijöitä.

”se on kuin pahin mahdollinen skenaario”, sanoi Laura Johnson, Heidelbergin yliopiston kansallisen vedenlaadun tutkimuskeskuksen johtaja.

Heidelbergin tutkijat ovat tutkineet Maumee-joen ravinnekuormitusta jo vuosikymmeniä. Vertaamalla näitä tietoja NOAA: n leväkukinta-arvioihin he yhdistivät Maumeen fosforipitoisuudet Eriejärven kukintakokoon ja laativat järvelle kausittaisen kukintaennusteen.

NOAA: n satelliittiseurantaohjelmasta kehittyi projekti nimeltä Cyanobacteria Assessment Network eli Syaani, joka on nimetty syanobakteerien omaleimaisen sinivihreän värin mukaan ja saatavilla sovelluksena Androidille. NOAA ja muut liittovaltion virastot seuraavat nyt leväkukintoja 2000: ssa Yhdysvalloissa. järvet, joihin mahtuisi tarpeeksi suuria bloomeja, jotta ne näkyisivät satelliittikuvien avulla, ja ne julkaisevat Bloomin tietoja järvistä CyAN-sovelluksen kautta. Virastot toivovat voivansa tukea tarkkailemiensa järvien paikallisten ennustejärjestelmien kehittämistä käyttäen Eriejärvessä kehitettyjä ennustusmenetelmiä.

mutta NOAA ei ole valmis Eriejärven kanssa. Jotkut Microcystis-kukinnot ovat myrkyllisempiä kuin toiset, ja Stumpf näkee erien olevan avain sellaisen myrkyllisyysennusteen kehittämiseen, jota ei vielä ole olemassa.

”emme voi tehdä kaikkea satelliiteilla”, hän sanoi. ”Emme voi mitata myrkyllisyyttä, koska myrkyt eivät ole pigmenttejä. Niissä ei ole väriä.”

tällä hetkellä myrkyllisyyden seuranta vaatii säännöllistä vesinäytteenottoa, mitä Bowling Greenin tutkijat tekevät viikoittain. Niiden tiedot auttavat selittämään, miten kukinnot muuttuvat kausittain, mutta vähemmän ymmärretään sitä, miten myrkyllisyys vaihtelee päivittäin. Siinä kansalaistutkijat astuvat kuvaan.

”tiedämme, että on paljon dynamiikkaa, jota meiltä puuttuu päivittäin”, Bowling Green-professori Davis sanoi. ”Joten mitä yritämme tehdä on, sisällyttämällä kansalaistutkijat, kerätä enemmän tietoa, jonka avulla voimme nähdä joitakin näistä hienoista suuntauksista toksiinipitoisuuksissa, joka toivottavasti antaa meille mahdollisuuden kehittää toksiiniennustemalli.”

Bowling Green teki yhteistyötä useiden muiden yliopistojen ja NOAA: n kanssa rekrytoidakseen ihmisiä, jotka jo työskentelevät järvellä joka päivä, kuten rantapäälliköt ja charter-veneiden kapteenit. Tutkijat ovat saaneet miljoonia dollareita osavaltion ja liittovaltion avustusrahaa tämän ja muiden levätutkimustoimien tukemiseen. Standarditoksiinitestaus on monimutkaista ja kestää tunteja, mutta kansalaistutkijat ottavat vedestä näytteitä vasta kehitetyillä testipatruunoilla, joilla myrkyllisyyttä voidaan mitata murto-osassa ajasta.

Davis toivoo, että yksinkertaistetut tiedonkeruukeinot laajentaisivat seurantavalmiuksia kansalaistutkijoita häkellyttämättä. Hän aikoo verrata löytöjä Eriejärveltä Afrikan Victoriajärvestä ja muista maailman järvistä löydettyihin Microcystisiin National Science Foundationin rahoittamassa hankkeessa, jonka tavoitteena on selvittää organismin globaalin valta-aseman mysteeri.

huolimatta Eriejärven koosta—se kattaa lähes 10 000 neliökilometriä, neljä osavaltiota ja kaksi maata-Suurten järvien Vedenlaatusopimus, jonka Yhdysvallat ja Kanada allekirjoittivat vuonna 1972 ja jota päivitettiin vuonna 2012, helpottaa johdonmukaista valvontaa yli rajojen.

sopimus on ollut voimassa, Davis sanoi. Vaikka jokainen järvi on erilainen, hän sanoi, ” monet ihmiset eivät katso mitä tapahtuu Lake Erie ja tutkimus tulossa ulos Lake Erie alueella auttaakseen opastaa heitä.”

Blooming Through Time

altistuminen syanotoksiineille voi Disease Control and Prevention-keskuksen mukaan aiheuttaa mitä tahansa kurkkukivusta, päänsärystä ja uupumuksesta vakaviin oireisiin, kuten oksenteluun, keuhkokuumeeseen ja maksavaurioon. Vaikka aiemmin ajateltiin, että altistuminen voi tapahtua vain veden välityksellä, viimeaikaiset havainnot osoittavat, että ilmassa olevat syanotoksiinit voivat kulkeutua yli kilometrin sisämaahan.

”kun menee rannalle ja istuu tai rekonstruoi järvessä, jossa on näitä levämyrkkyjä, voi tulla kotiin sellaisten oireiden kanssa, jotka vain kestävät päivän tai kaksi”, sanoi ympäristötyöryhmän taloustieteen vanhempi analyytikko Anne Weir Schechinger. ”On myös ollut joitakin enemmän tutkimusta viime aikoina osoittaa nämä pidemmän aikavälin vaikutuksia, kuten maksan vajaatoiminta, ja jopa joitakin syöpiä, jotka alkavat liittyä näitä myrkkyjä. Sanoisin silti, että terveystutkimus on vielä alkuvaiheessa.”

vaikka järven pinnalla olisi saastaa, se voi olla myrkytön. Mutta myös päinvastainen voi olla totta. Vaikka mahdollisesti myrkyllisen saastan välttäminen kokonaan on turvallisinta, Schechinger varoitti olettamasta, että on turvallista uida joissa, järvissä tai lammissa, jotka näyttävät levättömiltä.

” ei välttämättä näe sottaista kukintaa. Se ei tarkoita, etteikö vedessä olisi (myrkkyä), hän sanoi.

kartta myrkkytiedotteista on saatavilla Ohion julkisille rannoille osavaltion terveysministeriön kautta. Monet muut valtiot tarjoavat vastaavia resursseja. Schechinger suosittelee etsimään netistä lähellä olevia levämyrkkytiedotteita ja, jos mitään ei tule, soittoa valtion virastoon, joka valvoo kukintoja.

viime vuosikymmenen aikana on tullut esiin eniten Mikrokystisiä ja syanotoksiineja koskevia tutkimuksia. Typen ja myrkyllisyyden suhde ymmärretään suhteellisen hyvin, vaikka kenttä kehittyy edelleen.

Eriejärveä hallitseva Mikrokystis voi kasvaa kooltaan ja myrkyllisyydeltään vain siihen asti, kunnes kukinta on kuluttanut kaiken järvessä olevan typen tai fosforin. Varhaisissa tutkimuksissa fosfori todettiin pääasialliseksi ravinnetta rajoittavaksi aineeksi, mikä johti ympäristömääräyksiin, joiden tavoitteena oli pelkistää levät pelkäksi fosforiksi.

Microcystis tarvitsee kasvaakseen sekä fosforia että typpeä, mutta se tarvitsee suoraan typpeä tuottaakseen toksiininsa. Fosforin, mutta ei typen, vähentäminen edistäisi siis kukintaa, joka on fyysisesti pienempi mutta todennäköisesti yhtä myrkyllinen. Typen, mutta ei fosforin, vähentäminen edistäisi kukkaa, joka on yhtä suuri, mutta joka koostuu erilaisesta levästä, joka vangitsee ilmasta typpeä, joka voi olla yhtä myrkyllistä.

”meidän on keskityttävä molempiin, koska todella tarkastelemme kokonaisvaltaista lähestymistapaa”, Davis sanoi. ”Haluamme vähentää fosforia ja typpeä, jotta meillä on terve järvi, koska terveellä järvellä on terveellinen tasapaino molempien ravinteiden kanssa.”

vaikka Yhdysvaltain ympäristönsuojeluvirasto EPA suosittelee nyt typen vähentämistä fosforin rinnalla, valtioiden levien hillintätoimet ovat olleet hitaita. Vuonna 2015 Michigan, Ohio ja Kanadan Ontarion provinssi allekirjoittivat Eriejärven läntisen altaan yhteistyösopimuksen, jonka mukaan järveen päätyvän fosforin-lähinnä maatalouden valumavesien—määrää on vähennettävä 40 prosenttia vuoteen 2025 mennessä. Ohion budjetista viime marraskuussa rahoitusta saanut H2Ohio keskittyy myös maataloudesta tulevan fosforin valumisen rajoittamiseen leväkukintojen hillitsemiseksi.

Ohio ei ole saavuttanut alustavaa tavoitettaan 20 prosentin fosforivähennyksestä vuoteen 2020 mennessä. Kun on kyse 40 prosentin tavoitteen saavuttamisesta vuoteen 2025 mennessä, sanoi Bucher Ohion Ympäristöneuvostosta. Luulen, että se vaatii vain tuplahyvitystä.”Johdonmukainen rahoitus on myös ensiarvoisen tärkeää, hän sanoi.

useimmat asiantuntijat sanovat, että maatilojen vapauttamien ravinteiden määrän vähentäminen on ainoa tapa pysäyttää kukinnat erien kokoisessa järvessä. Case Western Reserve Universityn siviili-ja ympäristötekniikan professori Huichun ”Judy” Zhang haluaa estää maatiloilta jo vapautuneen fosforin pääsyn järveen.

hän kehittää fosforin talteenottojärjestelmää maatalouden valumien hillitsemiseksi käyttäen suodattimia, jotka on pakattu pieniin, seesaminsiemenen kokoisiin rakenteisiin, jotka voivat imeä fosforia läpi kulkevasta vedestä. Hän on saanut 200 000 dollaria apurahaa tähän työhön.

Zhang ja hänen tutkimuskumppaninsa, Yhdysvaltain maatalousministeriössä työskentelevä maaperätutkija Chad Penn ennakoivat teknologiaansa esittelevän pilottiprojektin käynnistyvän lähitulevaisuudessa. He aikovat sijoittaa suodattimet paikkoihin, joihin valumat kerääntyvät luontaisesti, kuten kuivatusojiin.

”lyhyellä aikavälillä, jotta voidaan vähentää fosforipäästöjä järveen, tällä on toivottavasti valtava vaikutus”, Zhang sanoi. Hän odottaa suodattimien toimivan väliaikaisratkaisuna, kunnes maatalouden päästämää fosforia voidaan vähentää merkittävästi.

israelilaisella BlueGreen Water Technologies-yhtiöllä on erilainen lähestymistapa. Kaksi vuotta sitten se lanseerasi levämuodon, jonka kohteena ovat syanobakteerit ja joka aiheuttaa myrkyllisten levien massakuoleman ja antaa levien-ja muiden vesieliöiden-myrkyttömien muotojen säilyä hengissä. Hoito on menestynyt Israelissa, Etelä-Afrikassa ja Kiinassa sekä Ohion Chippewa-järvessä, jota myrkylliset kukinnot olivat vaivanneet jo vuosia. Vuosi sen jälkeen, kun BlueGreen levitti ”LakeGuard”-hoitonsa, joka kesti yhden päivän ja maksoi noin 20 000 dollaria, Chippewa Lake pysyy levättömänä.

teknologiajohtaja Moshe Harel on iloisesti yllättynyt siitä, ettei levä ole palannut Chippewa-järveen. ”Kirjoitamme kirjaa parhaillaan”, hän sanoi.

lampien tai pienten järvien leväkukinnat on suhteellisen helppo korjata. Suurempien järvien hoito on kuitenkin haastavaa. Lake Erie on tuhansia kertoja suurempi kuin suurin järvi BlueGreen on käsitelty, mutta toisin kuin lähes kaikki muut, yhtiö ei lykätä mittakaavassa.

Harel, Ympäristöbiologi ja USDA: n hyväksymän ja Ohion EPA: n sertifioiman LakeGuard-hoidon luoja, uskoo hoidon kyvyn kellua ja seurata veden virtauksia kääntyvän tehokkaasti mihin tahansa järveen, laajuudesta riippumatta. Jossain vaiheessa, mutta ei aivan vielä, hän haluaa haastaa Eriejärven.

”emme pyri hoitamaan koko järveä”, Harel sanoi. ”Teemme kirurgisia hoitoja. Eriejärven kaltaiselle järvelle tavoitteenamme on seurata, mistä kukinta alkaa kauden alussa.”

Harelin tähtäimessä ovat muut suuret järvet, kuten Floridassa sijaitseva Okeechobee-järvi, joka on maan kahdeksanneksi suurin järvi, joka on edelleen 13 kertaa pienempi kuin Eriejärvi.

”kaikki nämä järvet ovat hoitamattomia, ne jätetään kukkimaan ja kukinnot pahenevat vuosi vuodelta”, sanoi toimitusjohtaja Eyal Harel, Moshe Harelin veli, Bluegreenin jo hoitamista järvistä. ”Luulen, että hoidamme Eriejärven. Se on vain ajan kysymys.”