Az Erie-tó mérgező zöld iszapja egyre rosszabbodik az éghajlatváltozással

Cleveland, Ohio—ahogy a nyár lehull, az Erie-tó nyugati részének nagy része büdös. Zöld ragacs—mérföldek és mérföldek-lebeg a felszínen, rothadó halszagot áraszt, miközben bomlik.

a söpredék nem csak kellemetlen. Veszélyes.

a káros algavirágzás mind az 50 államban veszélyt jelent az egészségre. De az Erie-tó, az öt nagy tó közül a sekélyebb, ezért a legmelegebb, egyedülállóan érzékeny az algavirágzásra. Mint a legtöbb más víztest, amely virágzik, a tó túlterhelt tápanyagokkal, tökéletes táptalajt képezve egy baktérium számára, amely ismert, hogy megmérgezi a háziállatokat, szennyezi az ivóvizet és oxigénhiányos “halott zónákat” hoz létre, amelyek megölik a vízi élővilágot.

a tó közvetlen jövője komornak tűnik: a virágzás romlik az éghajlatváltozás miatt, és veszélyt jelent a turizmusra és a kikapcsolódásra. De a tó gunky helyzetének kutatása virágzik, és az eredmények világszerte relevánsak. A kék-zöld “algák” Fojtogató Erie, Microcystis—amely valójában nem algák, hanem egyfajta fotoszintetikus baktérium—az Antarktisz kivételével minden kontinensen tele van tavakkal.

“miért olyan jó versenyző? Ezt reméljük megtanulni ” – mondta Tim Davis, a Bowling Green Állami Egyetem Biológiai Tudományok docense, aki káros algavirágzást tanulmányozott szerte a világon.

a mérgező cianobaktériumok, amelyeket köznyelven “mérgező algáknak” neveznek, 2014-ben kerültek reflektorfénybe az Egyesült Államokban, miután az Ohiói Toledóban egy ivóvízüzem veszélyes toxinszintet talált egy rutinvizsgálat során, és a város ihatatlannak nyilvánította a csapvizet. Több százezer ember maradt rejtjelező találni biztonságos vizet, amíg Toledo feloldotta a tilalmat több mint két nappal később.

miután a vészhelyzet elmúlt, mindenki fejében az volt a kérdés, hogy “mit kell tennünk annak érdekében, hogy biztonságban legyünk?”- mondta Pete Bucher, aki egy hónappal a város vízválsága után kezdett dolgozni a Toledo déli részét képviselő Állami Közgyűlés körzetének jogalkotási segédjeként. Bucher jelenleg az Ohiói Környezetvédelmi Tanács vízpolitikai ügyvezető igazgatója.

abban az időben a Környezetvédelmi Ügynökség (EPA) nem írta elő a Cianotoxinok, köztük a Microcystis által termelt toxin vizsgálatát. Ez Toledo után megváltozott.

az EPA 2016-ban bevezette a cianotoxinok kötelező nemzeti ellenőrzését a szennyezőanyagok szabályozatlan megfigyelési szabályával. A szabály 2018-ban lépett hatályba, és idén véget ér. Az Erie-tó érintett részein található ivóvízellátó létesítmények költséges, de hatékony kezeléseket is bevezettek, beleértve az oxidációt, az aktív szén felhasználásával történő szűrést, valamint a toxinnal terhelt Mikrocisztis sejtek fizikai eltávolítását vagy szűrését, amelyek a toxinok kimutatása után azonnal megvalósíthatók.

ha a ma érvényben lévő biztosítékok—gyakoribb műholdas megfigyelés nagyobb felbontású képekkel; olyan eszközök, amelyek kimutatják a virágzást az ivóvíz bevitelénél; és maguk a virágzások jobb modellezése—léteztek volna Toledo 2014-es virágzásakor, a toxin jelenléte nem lett volna meglepetés, és “képesek lettek volna kezelni” – mondta Rick Stumpf, a Nemzeti óceáni és légköri Igazgatóság (NOAA) oceanográfusa. “Nem fordul elő újra.”

a Stumpf a NOAA Kutatócsoportjának része, amely 2009-ben kezdte meg műholdak használatát az Erie-tó virágzásának becslésére. Azután Toledo vízválság, a NOAA az Erie bloom heti közleményeinek műholdas képek felhasználásával történő közzétételéről a napi frissítések kiadására váltott.

tökéletes katasztrófa

az Erie-tó legnagyobb mellékfolyója, a Maumee folyó Erie nyugati medencéjébe, a tó sekélyebb részébe ömlik. A Maumee vízgyűjtőjének több mint 70%—át mezőgazdaságra használják, és a csapadék a nitrogént és a foszfort—az algák növekedésének két legfontosabb tápanyagát-a mezőgazdasági területeken használt műtrágyából a Maumee-ba mossa. A lefolyás tápanyagait közvetlenül a tóba szállítják.

a csapadék és a tápanyagszint a két fő tényező, amely befolyásolja a virágzás méretét. A nitrogén és a foszfor felszabadulása a mezőgazdaságból, amely a legnagyobb tápanyagforrás az Erie-tóba, szabályozható. De a nehezebb esőzések minden forrásból megnövelik a tápanyagterhelést, beleértve a természetes forrásokat is, ami nagyobb virágzást okoz. Az algák melegebb vízben virágoznak, és az éghajlatváltozás várhatóan melegebb, nedvesebb időjárást hoz a régióba, súlyosbítva a meglévő tényezőket.

“ez olyan, mint a legrosszabb forgatókönyv” – mondta Laura Johnson, a Heidelbergi Egyetem Nemzeti vízminőségi Kutatóközpontjának igazgatója.

a Heidelbergi kutatók évtizedek óta tanulmányozzák a Maumee folyó tápanyagterhelését. Összehasonlítva ezeket a rekordokat a NOAA algavirágzási becsléseivel, összekapcsolták a Maumee foszforszintjét az Erie-tó virágzási méretével, és kidolgozták a tó szezonális virágzási előrejelzését.

a NOAA műholdas megfigyelő program a Cyanobacteria Assessment Network (cianobaktériumok értékelő hálózata) nevű projektgé fejlődött, amely a cianobaktériumok jellegzetes kék-zöld színéről kapta a nevét, és Androidos alkalmazásként is elérhető. A NOAA és más szövetségi ügynökségek jelenleg 2000 egyesült államokbeli algavirágzást figyelnek meg. olyan tavak, amelyek elég nagy virágzást tudnak tartani ahhoz, hogy műholdas képekkel láthatók legyenek, és a tavakból származó virágzási információkat a cián alkalmazáson keresztül teszik közzé. Az ügynökségek remélik, hogy támogatják a jelenleg megfigyelt tavak helyi előrejelző rendszereinek fejlesztését, az Erie-tóban kifejlesztett előrejelzési módszerek felhasználásával.

de a NOAA nem végzett az Erie-tóval. Néhány Mikrocisztisz virágzik mérgezőbb, mint mások, és Stumpf Erie-t látja a még nem létező toxicitási előrejelzés kidolgozásának kulcsaként.

“nem tudunk mindent megtenni a műholdakkal” – mondta. “Nem tudjuk mérni a toxicitást, mert a toxinok nem pigmentek. Nincs színük.”

jelenleg a toxicitás nyomon követése rendszeres vízmintavételt igényel, amit a Bowling Green kutatói hetente végeznek. Adataik segítenek megmagyarázni, hogyan változik a virágzás szezonálisan, de kevesebbet értünk arról, hogy a toxicitás hogyan ingadozik minden nap. Itt jönnek a képbe a tudósok.

“tudjuk, hogy sok dinamika hiányzik napról napra”-mondta Davis, a Bowling Green professzora. “Tehát azt próbáljuk megtenni, hogy a polgári tudósok bevonásával több adatot gyűjtünk, amelyek lehetővé teszik számunkra, hogy megfigyeljünk néhány ilyen finom léptékű tendenciát a toxinkoncentrációban, ami remélhetőleg lehetővé teszi számunkra a toxin előrejelzési modell kidolgozását.”

a Bowling Green számos más egyetemmel és a NOAA-val együttműködve olyan embereket toborzott, akik már minden nap dolgoznak a tónál, mint például a strandvezetők és a charter hajókapitányok. A kutatók több millió dollár állami és szövetségi támogatást kaptak ennek és más algakutatási erőfeszítéseknek a támogatására. A szokásos toxintesztelés bonyolult és órákig tart, de a polgári tudósok újonnan kifejlesztett tesztpatronokkal fogják mintát venni a vízből, amelyek az idő töredékében képesek mérni a toxicitást.

Davis reméli, hogy az adatgyűjtés egyszerűsített eszközei kibővítik a megfigyelési képességeket anélkül, hogy túlterhelnék az állampolgár tudósait. Azt tervezi, hogy összehasonlítja az Erie-tó eredményeit az afrikai Viktória-tóban és a világ más tavaiban található Mikrocisztiszekkel egy Nemzeti Tudományos Alapítvány által finanszírozott projekt révén, amelynek célja a szervezet globális dominanciájának rejtélyének feltárása.

az Erie-tó mérete ellenére-közel 10 000 négyzetmérföld, négy állam és két ország-az Egyesült Államok és Kanada által 1972-ben aláírt és 2012-ben frissített Nagy Tavak vízminőségi megállapodása megkönnyíti a határokon átnyúló következetes ellenőrzést.

a megállapodás hatékony volt, mondta Davis. Bár minden tó más, azt mondta: “sokan megnézik, mi folyik az Erie-tóban és az Erie-tó területéről érkező kutatásokat, hogy segítsenek nekik irányítani őket.”

virágzás az időben

a cianotoxinoknak való kitettség a torokfájástól, fejfájástól és kimerültségtől kezdve olyan súlyos tünetekig, mint a hányás, tüdőgyulladás és májkárosodás, a Center for Disease Control and Prevention szerint. Bár korábban azt gondolták, hogy az expozíció csak vízi érintkezés útján történhet, a legújabb eredmények azt mutatják, hogy a levegőben lévő cianotoxinok több mint egy mérföldet képesek megtenni a szárazföldön.

“amikor kimész a tengerpartra, és egy olyan tóban ülsz, ahol ezek az algatoxinok vannak, akkor olyan tünetekkel térhetsz haza, amelyek csak egy-két napig tartanak” – mondta Anne Weir Schechinger, a Környezetvédelmi Munkacsoport közgazdasági vezető elemzője. “Az utóbbi időben több kutatás is kimutatta ezeket a hosszabb távú hatásokat, például a májelégtelenséget, sőt néhány rákot is, amelyek ezekkel a toxinokkal társulnak. De még mindig azt mondanám, hogy az egészségügyi kutatás még korai.”

még akkor is, ha a tó felszínén söpredék van, nem mérgező lehet. De fordítva is igaz lehet. Bár a potenciálisan mérgező söpredék teljes elkerülése a legbiztonságosabb lépés, Schechinger óva intett attól, hogy feltételezze, hogy biztonságos úszni folyókban, tavakban vagy tavakban, amelyek algamentesnek tűnnek.

“nem feltétlenül látsz egy vacak virágzást. Ez nem azt jelenti, hogy nincs (toxin) a vízben” – mondta.

a toxin-tanácsok térképe elérhető Ohio nyilvános strandjain keresztül Állami Egészségügyi Minisztérium. Sok más állam hasonló forrásokat biztosít. Schechinger azt javasolja, hogy online keressék meg a közeli algatoxinokkal kapcsolatos tanácsokat, és ha semmi sem jön fel, hívja fel az állami ügynökséget, amely figyeli a virágzást.

a Mikrocisztiszekkel és cianotoxinokkal kapcsolatos legtöbb kutatás az elmúlt évtizedben jelent meg. A nitrogén és a toxicitás közötti kapcsolat viszonylag jól ismert, bár a terület továbbra is fejlődik.

az Erie-tavat uraló mikrociszták mérete és toxicitása csak addig nőhet, amíg a virágzás fel nem használja a tóban rendelkezésre álló összes nitrogént vagy foszfort. A korai kutatások a foszfort azonosították elsődleges korlátozó tápanyagként, ami az algák csökkentését célzó környezetvédelmi szabályozásokat vezetett be, hogy csak a foszfort célozzák meg.

a Mikrocisztisznek mind foszforra, mind nitrogénre van szüksége a növekedéshez, de közvetlenül nitrogénre van szüksége toxinjának előállításához. Tehát a foszfor csökkentése, de nem a nitrogén, elősegítené a fizikailag kisebb, de valószínűleg nem kevésbé mérgező virágzást. A nitrogén csökkentése, de nem a foszfor, elősegítené a virágzást, amely ugyanolyan nagy, de másfajta algákból áll, amelyek befogják a nitrogént a levegőből, ami ugyanolyan mérgező lehet.

“mindkettőre összpontosítanunk kell, mert valójában holisztikus megközelítést vizsgálunk” – mondta Davis. “Csökkenteni akarjuk a foszfort és a nitrogént, hogy egészséges tavunk legyen, mert egy egészséges tó mindkét tápanyag egészséges egyensúlyával rendelkezik.”

bár az EPA most a nitrogén csökkentését javasolja a foszfor mellett,az államok algák enyhítésére irányuló erőfeszítései lassan követték. 2015-ben Michigan, Ohio és a kanadai Ontario tartomány aláírta az Erie-tó nyugati medencéjének együttműködési megállapodását, amely előírja a tóba belépő foszfor 40%-os csökkentését—főleg a mezőgazdasági lefolyásból—2025-ig. A H2Ohio, amely tavaly novemberben kapott finanszírozást az Ohiói költségvetés részeként, a mezőgazdaságból származó foszfor lefolyásának korlátozására is összpontosít az algavirágzás enyhítése érdekében.

Ohio nem érte el a 20% – os foszfor-csökkentés előzetes célját 2020-ig. Amikor a 40% – os cél 2025-ig teljesül, mondta Bucher, az Ohiói környezetvédelmi Tanácstól: “azt hiszem, eljuthatunk oda. Azt hiszem, csak dupla erőfeszítést igényel.”A következetes finanszírozás szintén kiemelkedő fontosságú lesz-mondta.

a legtöbb szakértő szerint a gazdaságok által kibocsátott tápanyagok mennyiségének csökkentése az egyetlen módja annak, hogy megállítsuk a virágzást egy olyan nagy tóban, mint az Erie. Huichun “Judy” Zhang, a Case Western Reserve Egyetem polgári és Környezetmérnöki professzora meg akarja akadályozni, hogy a gazdaságok által már felszabadított foszfor eljusson a tóhoz.

foszfor-rögzítő rendszert fejleszt a mezőgazdasági lefolyás enyhítésére, apró, szezámmag méretű struktúrákkal ellátott szűrőket használva, amelyek képesek felszívni a foszfort az áthaladó vízből. 200 000 dollár támogatást kapott a munka támogatására.

Zhang és kutatópartnere, Chad Penn, az Egyesült Államok Mezőgazdasági Minisztériumának talajkutatója a közeljövőben egy kísérleti projekt bevezetését tervezi, amely bemutatja technológiájukat. Azt tervezik, hogy a szűrőket olyan helyeken helyezik el, ahol a lefolyás természetesen összegyűlik, például vízelvezető árkok.

“rövid távon, hogy csökkentsük a foszforkibocsátást a tóba, reméljük, hogy ez hatalmas hatással lesz” – mondta Zhang. Arra számít, hogy a szűrők ideiglenes megoldásként szolgálnak, amíg a mezőgazdaság által kibocsátott foszfor jelentősen csökkenthető.

egy izraeli vállalat, a BlueGreen Water Technologies más megközelítést alkalmaz. Két évvel ezelőtt elindította az algaecid egy olyan formáját, amely a cianobaktériumokat célozza meg, kiváltva a mérgező algák tömeges elpusztulását, miközben lehetővé teszi az algák-és más vízi élőlények-nem mérgező formáinak túlélését. A kezelés sikeres volt Izraelben, Dél-Afrikában és Kínában, valamint az Ohio Chippewa-tóban, amelyet évek óta mérgező virágzás sújtott. Egy évvel azután, hogy a BlueGreen alkalmazta a “LakeGuard” kezelést, amely egy napig tartott, és körülbelül 20 000 dollárba került, a Chippewa-tó algamentes marad.

Moshe Harel technológiai vezérigazgató kellemesen meglepődött, hogy az algák nem tértek vissza a Chippewa-tóhoz. “Úgy írjuk a könyvet, ahogy beszélünk” – mondta.

az algavirágzást tavakban vagy kis tavakban viszonylag könnyű orvosolni. De a nagyobb tavak kezelése kihívást jelent. Az Erie-tó több ezerszer nagyobb, mint a legnagyobb BlueGreen-tó, amelyet kezeltek, de szinte mindenki mástól eltérően, a társaságot nem halasztja el a skála.

Harel, egy környezetbiológus és a LakeGuard kezelés megalkotója, amely az USDA által jóváhagyott és az Ohio EPA által hitelesített, úgy véli, hogy a kezelés képes lebegni és követni a vízáramokat, hatékonyan lefordítja bármely tóra, függetlenül a skálától. Valamikor, de még nem egészen, meg akarja venni az Erie-Tót.

“nem az egész tó kezelésére törekszünk” – mondta Harel. “Sebészeti kezeléseket végzünk. Tehát egy olyan tó esetében, mint az Erie-tó, célunk az lesz, hogy figyelemmel kísérjük, hol kezdődik a virágzás a szezon elején.”

időközben Harel látnivalói más nagy tavakra irányulnak, mint például a floridai Okeechobee-tó, az ország nyolcadik legnagyobb tava, amely még mindig 13-szor kisebb, mint az Erie-tó.

“ezek a tavak kezelhetetlenek, hagyják virágozni, és a virágzás évről évre rosszabb lesz” – mondta Eyal Harel vezérigazgató, Moshe Harel testvére, a Bluegreen már kezelte a tavakat. “Azt hiszem, kezelni fogjuk az Erie-Tót. Csak idő kérdése.”