La melma verde tossica del lago Erie sta peggiorando con il cambiamento climatico

CLEVELAND, Ohio—Mentre l’estate si snoda, gran parte del lago Erie occidentale puzza. Il goo verde—miglia e miglia di esso-galleggia sulla superficie, emanando un odore come il pesce in decomposizione mentre decade.

La feccia non è solo sgradevole. E ‘ pericoloso.

Le fioriture algali nocive sono un pericolo per la salute in tutti i 50 stati. Ma il lago Erie, il più superficiale, e quindi il più caldo, dei cinque Grandi Laghi, è unicamente vulnerabile alle fioriture algali. Come la maggior parte degli altri corpi idrici che soffrono di fioriture, il lago è sovraccarico di sostanze nutritive, formando il terreno fertile perfetto per un batterio noto per avvelenare gli animali domestici, contaminare l’acqua potabile e creare “zone morte” prive di ossigeno che uccidono la vita acquatica.

Il futuro immediato del lago sembra triste: le fioriture stanno peggiorando con i cambiamenti climatici e rappresentano una minaccia per il turismo e la ricreazione. Ma la ricerca sulla situazione gunky del lago è fiorente, e le scoperte sono rilevanti in tutto il mondo. Le “alghe” blu-verdi che soffocano Erie, Microcystis-che in realtà non sono alghe ma una specie di batteri fotosintetici—abbondano nei laghi di tutti i continenti tranne l’Antartide.

” Perché è un buon concorrente? Questo è quello che speriamo di imparare”, ha detto Tim Davis, professore associato di scienze biologiche presso la Bowling Green State University che ha studiato le fioriture algali dannose in tutto il mondo.

I cianobatteri tossici, colloquialmente soprannominati “alghe tossiche”, sono esplosi sotto i riflettori negli Stati Uniti nel 2014, dopo che un impianto di acqua potabile a Toledo, in Ohio, ha trovato livelli pericolosi di tossine durante un test di routine e la città ha dichiarato l’acqua del rubinetto non potabile. Centinaia di migliaia di persone sono state lasciate rimescolando per trovare acqua sicura fino Toledo revocato il divieto più di due giorni dopo.

Una volta passata l’emergenza, la domanda nella mente di tutti era: “Cosa dobbiamo fare per essere sicuri di essere al sicuro?”ha detto Pete Bucher, che ha iniziato a lavorare come aiutante legislativo per il distretto dell’assemblea di stato che rappresenta il sud di Toledo un mese dopo la crisi idrica della città. Bucher è ora l’amministratore delegato della politica delle acque presso l’Ohio Environmental Council.

All’epoca, i test per le cianotossine, inclusa la tossina prodotta da Microcystis, non erano richiesti dall’Environmental Protection Agency (EPA). Che è cambiato dopo Toledo.

L’EPA ha introdotto il monitoraggio nazionale obbligatorio per le cianotossine nel 2016 con la regola di monitoraggio dei contaminanti non regolamentata. La regola è entrata in vigore nel 2018 ed è destinata a terminare quest’anno. Le strutture per l’acqua potabile nelle parti interessate del lago Erie hanno anche introdotto trattamenti costosi ma efficaci, tra cui l’ossidazione, la filtrazione con carbone attivo e la rimozione fisica o la filtrazione delle cellule microcistiche cariche di tossine, che possono essere implementate non appena vengono rilevate le tossine.

Se le misure di sicurezza nel posto di oggi—più frequenti di monitoraggio satellitare con immagini a risoluzione più elevata; strumenti che rilevano la presenza di fioriture a bere di prese d’acqua e migliorare la modellazione delle fioriture stessi esistevano durante Toledo 2014 bloom, la presenza della tossina non sarebbe stata una sorpresa, e che “sarebbe stato in grado di affrontare,” ha detto Rick Stumpf, un oceanografo presso la National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA). “Non sarebbe successo di nuovo.”

Stumpf fa parte di un team di ricercatori NOAA che ha iniziato a utilizzare i satelliti per stimare le dimensioni della fioritura nel lago Erie nel 2009. Dopo la crisi idrica di Toledo, NOAA è passata dalla pubblicazione di bollettini settimanali su Erie’s bloom utilizzando immagini satellitari al rilascio di aggiornamenti quasi quotidiani.

Un disastro perfetto

Il più grande affluente del lago Erie, il fiume Maumee, sfocia nel bacino occidentale di Erie, la parte più superficiale del lago. Oltre il 70% dello spartiacque del Maumee viene utilizzato per l’agricoltura e le precipitazioni lavano azoto e fosforo—i due nutrienti chiave per la crescita delle alghe—dal fertilizzante utilizzato sui terreni agricoli nel Maumee. I nutrienti in quel deflusso vengono trasportati direttamente al lago.

Le precipitazioni e i livelli di nutrienti sono i due fattori principali che influenzano la dimensione della fioritura. Il rilascio di azoto e fosforo dall’agricoltura, la più grande fonte di nutrienti che entrano nel lago Erie, può essere controllato. Ma le precipitazioni più pesanti portano ad un aumento del carico di nutrienti da tutte le fonti, comprese quelle naturali, che sta causando fioriture più grandi. Le alghe prosperano in acque più calde e il cambiamento climatico dovrebbe portare un clima più caldo e umido nella regione, esacerbando i fattori esistenti.

“È come lo scenario peggiore”, ha detto Laura Johnson, direttore del Centro nazionale per la ricerca sulla qualità dell’acqua presso l’Università di Heidelberg.

I ricercatori di Heidelberg hanno studiato il carico di nutrienti nel fiume Maumee per decenni. Confrontando tali record con le stime di fioritura algale del NOAA, hanno collegato i livelli di fosforo nel Maumee alla dimensione della fioritura nel lago Erie e hanno sviluppato una previsione di fioritura stagionale per il lago.

Il programma di monitoraggio satellitare NOAA si è evoluto in un progetto chiamato Cyanobacteria Assessment Network, o CyAN, chiamato per il caratteristico colore blu-verde di cyanobacteria e disponibile come app per Android. NOAA e altre agenzie federali ora monitorano le fioriture algali in 2.000 Stati Uniti laghi che potrebbero contenere fioriture abbastanza grandi da essere visti usando le immagini satellitari e pubblicizzano le informazioni di fioritura dai laghi attraverso l’app Ciano. Le agenzie sperano di sostenere lo sviluppo di sistemi di previsione locali per i laghi che stanno attualmente monitorando, utilizzando i metodi di previsione sviluppati nel lago Erie.

Ma NOAA non è fatto con il lago Erie. Alcune fioriture di microcisti sono più tossiche di altre e Stumpf vede Erie come la chiave per sviluppare una previsione di tossicità che non esiste ancora.

“Non possiamo fare tutto con i satelliti”, ha detto. “Non possiamo misurare la tossicità, perché le tossine non sono pigmenti. Non hanno colore.”

Allo stato attuale, il monitoraggio della tossicità richiede un campionamento regolare dell’acqua, qualcosa che i ricercatori di Bowling Green fanno su base settimanale. I loro dati aiutano a spiegare come le fioriture cambiano stagionalmente, ma meno si capisce su come la tossicità fluttua ogni giorno. Ecco dove entrano in gioco i citizen scientist.

“Sappiamo che ci sono molte dinamiche che ci mancano giorno per giorno”, ha detto Davis, il professore di Bowling Green. “Quindi quello che stiamo cercando di fare è, incorporando scienziati cittadini, raccogliere più dati che ci permetteranno di vedere alcune di queste tendenze su scala fine nelle concentrazioni di tossine, che speriamo ci consentano di sviluppare il modello di previsione delle tossine.”

Bowling Green ha collaborato con diverse altre università e NOAA per reclutare persone che già lavorano sul lago ogni giorno, come gestori di spiagge e capitani di barche charter. I ricercatori hanno ricevuto milioni di dollari in fondi statali e federali per sostenere questo e altri sforzi di ricerca sulle alghe. Test tossina standard è complicato e richiede ore per completare, ma gli scienziati cittadini potranno campionare l’acqua utilizzando cartucce di prova di nuova concezione in grado di misurare la tossicità in una frazione del tempo.

Davis spera che i mezzi semplificati di raccolta dei dati amplierà le capacità di monitoraggio senza travolgere gli scienziati cittadini. Ha in programma di confrontare i risultati dal Lago Erie a Microcisti trovati nel Lago Vittoria in Africa e in altri laghi in tutto il mondo, attraverso un progetto finanziato dalla National Science Foundation che mira a svelare il mistero del dominio globale dell’organismo.

Nonostante le dimensioni del lago Erie—si estende su quasi 10.000 miglia quadrate, quattro stati e due paesi—l’accordo sulla qualità dell’acqua dei Grandi Laghi, firmato dagli Stati Uniti e dal Canada nel 1972 e aggiornato nel 2012, facilita il monitoraggio coerente attraverso le frontiere.

L’accordo è stato efficace, Davis ha detto. Anche se ogni lago è diverso, ha detto, ” un sacco di persone guardano a quello che sta succedendo nel lago Erie e la ricerca che esce dalla zona del Lago Erie, al fine di contribuire a guidarli.”

Fioritura nel tempo

L’esposizione alle cianotossine può causare qualsiasi cosa, da mal di gola, mal di testa e stanchezza a sintomi gravi come vomito, polmonite e danni al fegato, secondo il Center for Disease Control and Prevention. Sebbene in precedenza si pensasse che l’esposizione potesse avvenire solo attraverso il contatto con l’acqua, recenti scoperte indicano che le cianotossine trasportate dall’aria potrebbero essere in grado di viaggiare per più di un miglio nell’entroterra.

“Quando vai in spiaggia e stai seduto o ricreando in un lago che ha queste tossine di alghe, puoi tornare a casa con quei tipi di sintomi che durano solo per un giorno o due”, ha detto Anne Weir Schechinger, analista senior in economia presso il Gruppo di lavoro ambientale. “Ultimamente ci sono state anche altre ricerche che mostrano questi impatti a lungo termine, come l’insufficienza epatica e persino alcuni tumori che stanno iniziando ad essere associati a queste tossine. Ma direi ancora che la ricerca sulla salute è ancora presto.”

Anche se la feccia è presente sulla superficie di un lago, potrebbe essere atossica. Ma il contrario può anche essere vero. Pur evitando la feccia potenzialmente tossica del tutto è la mossa più sicura, Schechinger ha avvertito di non assumere che sia sicuro nuotare in fiumi, laghi o stagni che sembrano privi di alghe.

” Non si vede necessariamente una fioritura scadente. Ciò non significa che non ci sia (tossina) nell’acqua”, ha detto.

Una mappa di avvisi tossina è disponibile per le spiagge pubbliche dell’Ohio attraverso il Dipartimento di Stato della Salute. Molti altri stati forniscono risorse simili. Schechinger raccomanda una ricerca online per avvisi di tossine di alghe vicine e, se non viene fuori nulla, una chiamata all’agenzia statale che monitora le fioriture.

La maggior parte delle ricerche su microcisti e cianotossine è emersa durante l’ultimo decennio. La relazione tra azoto e tossicità è relativamente ben compresa, sebbene il campo continui a svilupparsi.

La Microcistide che domina il lago Erie può crescere solo in dimensioni e tossicità fino a quando la fioritura non ha esaurito tutto l’azoto o il fosforo disponibili nel lago. Le prime ricerche hanno identificato il fosforo come il principale nutriente limitante, portando le normative ambientali volte a ridurre le alghe a colpire solo il fosforo.

Microcystis ha bisogno di fosforo e azoto per crescere, ma ha bisogno di azoto direttamente per produrre la sua tossina. Quindi ridurre il fosforo, ma non l’azoto, promuoverebbe una fioritura fisicamente più piccola ma probabilmente non meno tossica. Ridurre l’azoto, ma non il fosforo, promuoverebbe una fioritura altrettanto grande ma composta da un diverso tipo di alghe che cattura l’azoto dall’aria, che potrebbe essere altrettanto tossico.

“Dobbiamo concentrarci su entrambi, perché in realtà stiamo guardando un approccio olistico”, ha detto Davis. “Vogliamo ridurre il fosforo e vogliamo ridurre l’azoto in modo da avere un lago sano, perché un lago sano ha un sano equilibrio di entrambi i nutrienti.”

Sebbene l’EPA ora raccomandi di ridurre l’azoto accanto al fosforo, gli sforzi di mitigazione delle alghe degli stati sono stati lenti da seguire. Nel 2015, Michigan, Ohio e la provincia canadese dell’Ontario hanno firmato l’accordo di collaborazione Western Basin of Lake Erie, che richiede una riduzione del 40% del fosforo-per lo più dal deflusso agricolo—che entra nel lago entro il 2025. H2Ohio, che ha ricevuto finanziamenti come parte del bilancio dell’Ohio lo scorso novembre, si concentra anche sulla limitazione del deflusso del fosforo dall’agricoltura per mitigare le fioriture algali.

L’Ohio non ha raggiunto il suo obiettivo preliminare di una riduzione del fosforo del 20% entro il 2020. Quando si tratta di raggiungere l’obiettivo del 40 per cento entro il 2025, ha detto Bucher, del Consiglio ambientale dell’Ohio, “Penso che possiamo arrivarci. Penso che ci vorrà solo un doppio sforzo.”Avere finanziamenti coerenti sarà anche fondamentale, ha detto.

La maggior parte degli esperti dice che ridurre la quantità di nutrienti rilasciati dalle aziende agricole è l’unico modo per fermare le fioriture in un lago grande come Erie. Huichun “Judy” Zhang, professore di ingegneria civile e ambientale alla Case Western Reserve University, vuole impedire al fosforo che è già stato rilasciato dalle fattorie di arrivare al lago.

Sta sviluppando un sistema di cattura del fosforo per mitigare il deflusso agricolo, utilizzando filtri pieni di piccole strutture, ciascuna delle dimensioni di un seme di sesamo, in grado di assorbire il fosforo dall’acqua che passa attraverso. Ha ricevuto grant 200.000 in denaro per sostenere questo lavoro.

Zhang e il suo partner di ricerca, Chad Penn, uno scienziato del suolo che lavora per il Dipartimento dell’Agricoltura degli Stati Uniti, prevedono l’installazione di un progetto pilota che dimostri la loro tecnologia nel prossimo futuro. Hanno in programma di sito i filtri in luoghi dove deflusso raccoglie naturalmente, come canali di drenaggio.

“A breve termine, per essere in grado di ridurre il rilascio di fosforo nel lago, questo, speriamo, sta per avere un impatto enorme”, ha detto Zhang. Si aspetta che i filtri servano da soluzione temporanea fino a quando il fosforo rilasciato dall’agricoltura non può essere significativamente ridotto.

Una società israeliana, BlueGreen Water Technologies, ha un approccio diverso. Due anni fa, ha lanciato una forma di alghicida che prende di mira i cianobatteri, innescando una morte di massa delle alghe tossiche, consentendo al tempo stesso forme non tossiche di alghe-e altri organismi acquatici-di sopravvivere. Il trattamento ha visto il successo in Israele, Sud Africa e Cina, così come nel lago Chippewa dell’Ohio, che era stato afflitto da fioriture tossiche per anni. Un anno dopo che BlueGreen ha applicato il suo trattamento “LakeGuard”, che ha richiesto un giorno e costa circa $20,000, il lago Chippewa rimane privo di alghe.

Il Chief Technology Officer Moshe Harel è piacevolmente sorpreso dal fatto che le alghe non siano tornate al lago Chippewa. “Scriviamo il libro mentre parliamo”, ha detto.

Le fioriture algali in stagni o piccoli laghi sono relativamente facili da rimediare. Ma trattare laghi più grandi è impegnativo. Lago Erie è migliaia di volte più grande del più grande lago BlueGreen ha trattato, ma a differenza di quasi tutti gli altri, la società non è messo fuori dalla scala.

Harel, un biologo ambientale e il creatore del trattamento LakeGuard, che è USDA-approvato e certificato dall’Ohio EPA, ritiene che la capacità del trattamento di galleggiare e seguire le correnti d’acqua si tradurrà efficacemente in qualsiasi lago, indipendentemente dalla scala. Ad un certo punto, ma non ancora del tutto, vuole affrontare il lago Erie.

“Non stiamo mirando a trattare l’intero lago”, ha detto Harel. “Facciamo trattamenti chirurgici. Quindi, per un lago come il lago Erie, il nostro obiettivo sarà quello di monitorare dove inizia la fioritura all’inizio della stagione.”

Nel frattempo, le attrazioni di Harel sono impostate su altri grandi laghi, come il lago Okeechobee in Florida, l’ottavo lago più grande del paese, che è ancora 13 volte più piccolo del lago Erie.

“Tutti questi laghi sono incurabili, lasciati fiorire e per le fioriture peggiorare di anno in anno”, ha detto l’amministratore delegato Eyal Harel, il fratello di Moshe Harel, dei laghi che BlueGreen ha già trattato. “Penso che tratteremo il lago Erie. E ‘ solo una questione di tempo.”