Lake Eries Giftige Grønne Slim blir Verre med Klimaendringer

CLEVELAND—Ohio – når sommeren vinder ned, stinker mye av vestlige Lake Erie. Grønn goo-miles og miles av det-flyter på overflaten, og gir en lukt som råtnende fisk når den faller.

avskum er ikke bare ubehagelig. Det er farlig.

Skadelige algeoppblomstringer er en helsefare i alle 50 stater. Men Lake Erie, den grunne, og derfor den varmeste, av de fem Store Innsjøene, er unikt sårbar for algblomstring. Som de fleste andre vannlegemer som lider av blomster, er innsjøen overbelastet med næringsstoffer, og danner den perfekte avlsmassen for bakterier som er kjent for å forgifte kjæledyr, forurense drikkevann og skape oksygenberøvede «døde soner» som dreper vannlevende liv.

innsjøens umiddelbare fremtid ser dyster ut: blomstringene forverres med klimaendringer, og utgjør en trussel mot turisme og rekreasjon. Men forskning på innsjøens gunky situasjon blomstrer, og funnene er relevante over hele verden. Den blågrønne «alger»smothering Erie, Microcystis-som egentlig ikke er alger, men en slags fotosyntetiske bakterier-florerer i innsjøer på alle kontinenter unntatt Antarktis.

» Hvorfor er det en så god konkurrent? Det er det vi håper å lære, » Sa Tim Davis, en lektor i biologiske vitenskap Ved Bowling Green State University som har studert skadelige algblomstrer rundt om i verden.

Giftige cyanobakterier, folkemunne kalt «giftige alger», brast i søkelyset I Usa i 2014, etter en drikkevann anlegg I Toledo, Ohio, funnet farlige nivåer av giftstoffer under en rutinemessig test, og byen erklærte vann fra springen undrinkable. Hundretusener av mennesker ble igjen desperat å finne trygt vann til Toledo opphevet forbudet mer enn to dager senere.

når nødsituasjonen passerte, var spørsmålet på alles sinn: «Hva må vi gjøre for å sikre at vi er trygge?»Sa Pete Bucher, som begynte å jobbe som en lovgivende aide for state assembly district som representerer southern Toledo en måned etter byens vannkrise. Bucher er nå administrerende direktør for vannpolitikk Ved Ohio Environmental Council.

på den tiden var det ikke nødvendig med testing for cyanotoksiner, inkludert toksinet produsert Av Microcystis, Av Environmental Protection Agency (EPA). Det endret Seg etter Toledo.

EPA introduserte obligatorisk nasjonal overvåking for cyanotoksiner i 2016 med Den Uregulerte Forurensningsovervåkningsregelen. Regelen trådte i kraft i 2018, og er satt til slutt i år. Drikkevannsanlegg i berørte deler av Lake Erie har også introdusert kostbare, men effektive behandlinger, inkludert oksidasjon, filtrering ved hjelp av aktivt kull og fysisk fjerning eller filtrering av toksinbelastede Mikrocystisceller, som kan implementeres så snart toksiner oppdages.

Hvis beskyttelsene på plass i dag-hyppigere satellittovervåking med bilder med høyere oppløsning; instrumenter som oppdager blomstrer ved drikkevanninntak; og bedre modellering av blomstrene selv-hadde eksistert under Toledos 2014-blomstring, ville tilstedeværelsen av toksinet ikke vært en overraskelse, og «de ville ha vært i stand til å takle det,» sa Rick Stumpf, en oceanograf ved National Oceanic And Atmospheric Administration (NOAA). «Det ville ikke skje igjen .»

Stumpf er en del AV et team AV noaa forskere som begynte å bruke satellitter for å anslå blomst størrelse I Lake Erie i 2009. ETTER Toledo-vannkrisen byttet NOAA fra å publisere ukentlige bulletiner på Erie ‘ s bloom ved hjelp av satellittbilder for å slippe nesten daglige oppdateringer.

En Perfekt Katastrofe

Lake Eries største sideelv, Maumee River, renner ut I Eries vestlige basseng, den grunne delen av innsjøen. Mer enn 70 prosent Av Maumees vannskille brukes til jordbruk, og nedbør vasker nitrogen og fosfor—de to viktigste næringsstoffene for algervekst—fra gjødsel som brukes på jordbruksmark til Maumee. Næringsstoffene i den avrenningen transporteres direkte til sjøen.

Nedbør og næringsinnhold er de to viktigste faktorene som påvirker blomst størrelse. Utslipp av nitrogen og fosfor fra landbruket, den største kilden til næringsstoffer som kommer Inn I Lake Erie, kan kontrolleres. Men tyngre nedbør fører til økt næringsbelastning fra alle kilder, inkludert naturlige, noe som forårsaker større blomster. Alger trives i varmere vann, og klimaendringer forventes å bringe varmere, våtere vær til regionen, og forverre eksisterende faktorer.

«det er som det verste fallet,» Sa Laura Johnson, direktør For Nasjonalt Senter for Vannkvalitetsforskning Ved Heidelberg University.

Forskere Ved Heidelberg har studert næringsbelastning I Maumee-Elven i flere tiår. Ved å sammenligne disse postene MED NOAAS algeblomstestimater, koblet de fosfornivåer I Maumee til blomstringsstørrelse I Lake Erie, og utviklet en sesongmessig blomstringsprognose for sjøen.

noaa satellittovervåkingsprogram utviklet seg til et prosjekt kalt Cyanobacteria Assessment Network, Eller CyAN, oppkalt etter cyanobacterias karakteristiske blågrønne farge og tilgjengelig som en app For Android. NOAA og andre føderale byråer overvåker nå algblomstring i 2000 AMERIKANSKE innsjøer som kan holde blomstrer store nok til å bli sett ved hjelp av satellittbilder, og de publiserer bloom informasjon fra innsjøene gjennom CyAN app. Byråene håper å støtte utviklingen av lokale prognosesystemer for innsjøene de overvåker for tiden, ved hjelp av prognosemetoder utviklet I Lake Erie.

MEN NOAA er ikke ferdig Med Lake Erie. Noen Mikrocystisblomstrer er mer giftige enn andre, Og Stumpf ser Erie som nøkkelen til å utvikle en toksisitetsprognose som ennå ikke eksisterer.

«Vi kan ikke gjøre alt med satellitter,» sa han. «Vi kan ikke måle toksisitet, fordi giftstoffer ikke er pigmenter. De har ingen farge.»

for tiden krever sporingstoksisitet regelmessig vannprøvetaking, noe forskere Ved Bowling Green gjør på ukentlig basis. Deres data bidrar til å forklare hvordan blomstrer endres sesongmessig, men mindre forstås om hvordan toksisitet svinger hver dag. Det er her borgerforskere kommer inn.

«Vi vet at det er mye dynamikk som vi mangler på en dag-til-dag basis,» Davis, Bowling Green professor, sa. «Så det vi prøver å gjøre er, ved å inkorporere borgerforskere, å samle inn flere data som gjør at vi kan se noen av disse finskala trender i toksinkonsentrasjoner, noe som forhåpentligvis vil tillate oss å utvikle toksinprognosemodellen.»

Bowling Green samarbeidet med flere andre universiteter og NOAA for å rekruttere folk som allerede jobber på sjøen hver dag, som strandledere og charterbåtkapteiner. Forskerne har mottatt millioner av dollar i statlige og føderale stipendpenger for å støtte denne og andre algerforskningsarbeid. Standard toksin testing er komplisert og tar timer å fullføre, men borger forskere vil prøve vannet ved hjelp av nyutviklede testpatroner som kan måle toksisitet i en brøkdel av tiden.

Davis håper at forenklet hjelp av datainnsamling vil utvide overvåking evner uten overveldende borger forskere. Han planlegger å sammenligne funn Fra Lake Erie Med Mikrocystis funnet i Afrikas Lake Victoria og andre innsjøer rundt om i verden, gjennom Et National Science Foundation-finansiert prosjekt som tar sikte på å låse opp mysteriet om organismenes globale dominans.

til Tross For Lake Eries størrelse-den spenner over nesten 10.000 kvadratkilometer, fire stater og to land—Great Lakes Water Quality Agreement, undertegnet Av Usa og Canada i 1972 og oppdatert i 2012, letter konsekvent overvåking på tvers av grenser.

avtalen har vært effektiv, Sa Davis. Selv om hver innsjø er forskjellig, sa han: «mange mennesker ser på hva som skjer i Lake Erie og forskningen som kommer ut av Lake Erie-området for å hjelpe dem.»

Blomstring Gjennom Tid

Eksponering for cyanotoksiner kan forårsake alt fra ondt i halsen, hodepine og utmattelse til alvorlige symptomer som oppkast, lungebetennelse og leverskade, ifølge Senter for Sykdomskontroll og Forebygging. Selv om det tidligere var antatt at eksponering kun kunne skje gjennom vannbåren kontakt, viser nyere funn at luftbårne cyanotoksiner kan være i stand til å reise mer enn en kilometer inn i landet.

«Når du går til stranden og du sitter eller gjenskaper i en innsjø som har disse algegiftene, kan du komme hjem med de slags symptomer som bare varer i en dag eller to,» Sa Anne Weir Schechinger, senioranalytiker i økonomi ved Environmental Working Group. «Det har også vært litt mer forskning i det siste som viser disse langsiktige konsekvensene, som leversvikt, og til og med noen kreftformer som begynner å bli forbundet med disse toksinene. Men jeg vil fortsatt si at helseforskningen fortsatt er tidlig.»

selv om avskum er tilstede på en innsjøoverflate, kan det være giftfritt. Men omvendt kan også være sant. Mens du unngår potensielt giftig avskum helt, er Det sikreste trekket, advarte Schechinger mot å anta at Det er trygt å svømme i elver, innsjøer eller dammer som virker algerfrie.

» du ser ikke nødvendigvis en skummel blomst. Det betyr ikke at det ikke er (toksin) i vannet, » sa hun.

et kart over toksinråd er tilgjengelig for Ohios offentlige strender gjennom statens Department of Health. Mange andre stater gir lignende ressurser. Schechinger anbefaler et online søk etter nærliggende algertoksinråd, og hvis ingenting kommer opp, et anrop til det statlige byrået som overvåker blomstrer.

Mest forskning på Mikrocystis og cyanotoksiner har dukket opp i løpet av det siste tiåret. Forholdet mellom nitrogen og toksisitet er relativt godt forstått, selv om feltet fortsetter å utvikle seg.

Mikrocystene som dominerer Lake Erie kan bare vokse i størrelse og toksisitet til blomsten har brukt opp alt tilgjengelig nitrogen eller fosfor i sjøen. Tidlig forskning identifiserte fosfor som det primære begrensende næringsstoffet, ledende miljøforskrifter rettet mot å redusere alger for å målrette bare fosfor.

Mikrocystis trenger både fosfor og nitrogen for å vokse, men det trenger nitrogen direkte for å produsere toksinet. Så å redusere fosfor, men ikke nitrogen, vil fremme en blomst som er fysisk mindre, men sannsynligvis ikke mindre giftig. Å redusere nitrogen, men ikke fosfor, vil fremme en blomst som er like stor, men består av en annen type alger som fanger nitrogen fra luften, noe som kan være like giftig.

«Vi må fokusere på begge, fordi vi virkelig ser på en helhetlig tilnærming,» Sa Davis. «Vi ønsker å redusere fosfor og vi ønsker å redusere nitrogen, slik at vi har en sunn innsjø, fordi en sunn innsjø har en sunn balanse mellom begge næringsstoffene.»

SELV OM EPA nå anbefaler å redusere nitrogen sammen med fosfor, har statens algerreduserende innsats vært sakte å følge. I 2015 signerte Michigan, Ohio og Den Kanadiske provinsen Ontario Det Vestlige Bassenget I Lake Erie-Samarbeidsavtalen, som krever en 40 prosent reduksjon i fosforet-for det meste fra landbruksavrenning-inn i sjøen innen 2025. H2Ohio, som mottok finansiering som en del av Ohio-budsjettet i November i fjor, fokuserer også på å begrense fosforavrenning fra landbruket for å redusere algeoppblomstringer.

Ohio har ikke oppnådd sitt foreløpige mål om en 20 prosent fosforreduksjon innen 2020. Når det gjelder å møte 40 prosent målet innen 2025, sa Bucher, Fra Ohio Environmental Council, «jeg tror vi kan komme dit. Jeg tror det bare kommer til å ta en dobbel ned på innsatsen.»Å ha konsekvent finansiering vil også være avgjørende, sa han .

de fleste eksperter sier at å redusere mengden næringsstoffer som frigjøres av gårder, er den eneste måten å stoppe blomstringene i En innsjø så stor som Erie. Huichun «Judy» Zhang, professor i sivil og miljøteknikk Ved Case Western Reserve University, ønsker å forhindre fosfor som allerede er utgitt av gårder fra å gjøre det til sjøen.

hun utvikler et fosforfangstsystem for å redusere landbruksavrenning, ved hjelp av filtre fullpakket med små strukturer, hver på størrelse med et sesamfrø, som kan absorbere fosfor fra vannet som passerer gjennom. Hun har mottatt $200.000 i stipendpenger for å støtte dette arbeidet.

Zhang Og hennes forskningspartner, Chad Penn, en jordforsker som jobber FOR US Department Of Agriculture, forventer å installere et pilotprosjekt som demonstrerer sin teknologi i nær fremtid. De planlegger å plassere filtrene på steder der avrenning samles naturlig, for eksempel dreneringsgrøfter.

» på kort sikt, for å kunne kutte ned fosforutslipp i sjøen, håper vi at Dette vil få stor innvirkning, » Sa Zhang. Hun forventer at filtrene skal fungere som en midlertidig løsning til fosforet som frigjøres av landbruket, kan reduseres betydelig.

Et Israelsk selskap, BlueGreen Water Technologies, har en annen tilnærming. For to år siden lanserte den en form for algaecide som retter seg mot cyanobakterier, og utløste en massedød av giftige alger, samtidig som ikke-giftige former for alger-og andre vannlevende organismer-kan overleve. Behandlingen har sett suksess I Israel, Sør-Afrika Og Kina, så vel som I Ohio ‘ S Chippewa Lake, som hadde vært plaget av giftige blomster i årevis. Et år etter At BlueGreen brukte sin» LakeGuard » – behandling, som tok en dag og kostet rundt $ 20.000, Forblir Chippewa Lake algerfri.

Teknologidirektør Moshe Harel er positivt overrasket over at alger ikke har returnert Til Chippewa Lake. «Vi skriver boken som vi snakker,» sa han.

Algeoppblomstringer i dammer eller små innsjøer er relativt enkle å bøte på. Men å behandle større innsjøer er utfordrende. Lake Erie er tusenvis av ganger større enn den største lake BlueGreen har behandlet, men i motsetning til omtrent alle andre, er selskapet ikke slått av skalaen.

Harel, en miljøbiolog og skaperen av LakeGuard-behandlingen, som ER USDA-godkjent og sertifisert Av Ohio EPA, mener at behandlingens evne til å flyte og følge vannstrømmer vil oversette effektivt til enhver innsjø, uansett skalaen. På et tidspunkt, men ikke helt ennå, han ønsker å ta På Lake Erie.

«Vi tar ikke sikte på å behandle hele innsjøen,» sa Harel. «Vi gjør kirurgiske behandlinger. Så, for en innsjø som Lake Erie, vil vårt mål være å overvåke hvor blomsten starter i begynnelsen av sesongen.»

I mellomtiden er Harels severdigheter satt på andre store innsjøer, som Lake Okeechobee I Florida, den åttende største innsjøen i landet, som fortsatt er 13 ganger mindre enn Lake Erie.

» Alle disse innsjøene er botemidler, igjen for å blomstre og for at blomstringene blir verre fra år til år,» sa Administrerende Direktør Eyal Harel, Moshe Harels bror, Av innsjøene BlueGreen har allerede behandlet. «Jeg tror vi vil behandle Lake Erie. Det er bare et spørsmål om tid.»