Lake Erie ‘ s giftige groene slijm wordt erger met klimaatverandering

CLEVELAND, Ohio—als de zomer naar beneden wind, een groot deel van het westelijke meer Erie stinkt. Groene goo—mijlen en mijlen van het-drijft op het oppervlak, het uitzenden van een geur als rottende vis als het vergaat.

het tuig is niet alleen onaangenaam. Het is gevaarlijk.

schadelijke algenbloei is in alle 50 staten een gevaar voor de gezondheid. Maar Lake Erie, het ondiepe, en daarom het warmste, van de vijf Grote Meren, is uniek kwetsbaar voor algenbloei. Net als de meeste andere waterlichamen die lijden aan bloei, het meer is overbelast met voedingsstoffen, het vormen van de perfecte voedingsbodem voor een bacterie bekend om huisdieren te vergiftigen, vervuilen drinkwater en zuurstofarme “dode zones” die doden aquatisch leven te creëren.

de nabije toekomst van het meer ziet er somber uit: de bloei verergert door de klimaatverandering en vormt een bedreiging voor toerisme en recreatie. Maar onderzoek naar de benarde toestand van het meer bloeit, en de bevindingen zijn wereldwijd relevant. De blauwgroene” algen ” verstikkende Erie, Microcystis—die niet echt algen zijn, maar een soort fotosynthetische bacteriën—wemelt in meren op elk continent behalve Antarctica.

“Waarom is het zo’ n goede concurrent? Dat hopen we te leren”, zegt Tim Davis, universitair hoofddocent biologische wetenschappen aan de Bowling Green State University, die over de hele wereld schadelijke algenbloei heeft bestudeerd.

toxische cyanobacteriën, in de volksmond “giftige algen” genoemd, kwamen in 2014 in de schijnwerpers te staan in de Verenigde Staten, nadat een drinkwaterinstallatie in Toledo, Ohio, tijdens een routinetest gevaarlijke niveaus van toxines vond en de stad het leidingwater ondrinkbaar verklaarde. Honderdduizenden mensen werden achtergelaten om veilig water te vinden totdat Toledo het verbod meer dan twee dagen later ophief.

toen de noodsituatie voorbij was, was de vraag bij iedereen: “wat moeten we doen om ervoor te zorgen dat we veilig zijn?”zei Pete Bucher, die begon te werken als een wetgevende assistent voor de State assembly district die zuidelijk Toledo een maand na de watercrisis van de stad. Bucher is nu managing director water policy bij de Ohio Environmental Council.

het Environmental Protection Agency (EPA) had destijds geen behoefte aan het testen van cyanotoxinen, met inbegrip van de door Microcystis geproduceerde toxine. Dat veranderde na Toledo.

het EPA heeft in 2016 een verplichte nationale monitoring van cyanotoxinen ingevoerd met de regel voor de Monitoring van verontreinigende stoffen zonder regelgeving. De regel is in 2018 van kracht geworden en loopt dit jaar af. Drinkwatervoorzieningen in getroffen delen van het Eriemeer hebben ook dure maar effectieve behandelingen ingevoerd, waaronder oxidatie, filtratie met actieve kool en de fysieke verwijdering of filtratie van microcystiscellen met toxine, die kunnen worden uitgevoerd zodra toxines worden gedetecteerd.

als de huidige veiligheidsmaatregelen – frequentere satellietmonitoring met beelden met een hogere resolutie, instrumenten die bloeien detecteren bij de inname van drinkwater en een betere modellering van de bloemen zelf—hadden bestaan tijdens de bloei van Toledo in 2014, zou de aanwezigheid van het toxine geen verrassing zijn geweest, en “ze zouden het kunnen aanpakken”, zei Rick Stumpf, een oceanograaf bij de National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA). “Het zou niet meer gebeuren.”

Stumpf maakt deel uit van een team van NOAA-onderzoekers dat in 2009 satellieten begon te gebruiken om de bloeigrootte in Lake Erie te schatten. Na de watercrisis in Toledo schakelde NOAA over van het publiceren van wekelijkse bulletins over Erie ‘ s bloom met behulp van satellietbeelden naar het uitbrengen van bijna dagelijkse updates.

een perfecte ramp

de grootste zijrivier van het Eriemeer, de Maumee, mondt uit in het westelijke bekken van Erie, het meest ondiepe deel van het meer. Meer dan 70 procent van het stroomgebied van de Maumee wordt gebruikt voor landbouw, en regenval spoelt stikstof en fosfor—de twee belangrijkste Voedingsstoffen voor algengroei—van meststof die op landbouwgrond wordt gebruikt naar de Maumee. De voedingsstoffen in die afvoer worden direct naar het meer getransporteerd.

regenval en nutriënten zijn de twee belangrijkste factoren die de grootte van de bloei beïnvloeden. Het vrijkomen van stikstof en fosfor uit de landbouw, de grootste bron van voedingsstoffen die het Eriemeer binnenkomen, kan worden gecontroleerd. Maar zwaardere regenval leidt tot verhoogde voedingsstoffenbelasting uit alle bronnen, inclusief natuurlijke bronnen, wat grotere bloei veroorzaakt. Algen gedijen in warmer water, en klimaatverandering zal naar verwachting warmer, natter weer in de regio brengen, wat de bestaande factoren verergert.”It’ s like the worst case scenario, ” zei Laura Johnson, directeur van het National Center for Water Quality Research aan de Universiteit van Heidelberg.Onderzoekers in Heidelberg bestuderen al tientallen jaren de nutriëntenbelasting in de rivier de Maumee. Door deze gegevens te vergelijken met NOAA ‘ s algenbloeischattingen, koppelden ze fosforniveaus in de Maumee aan de bloeigrootte in het Eriemeer, en ontwikkelden ze een seizoensgebonden bloeiprognose voor het meer.

het NOAA-satellietbewakingsprogramma evolueerde tot een project genaamd Het Cyanobacteria Assessment Network, of Cyaan, genoemd naar cyanobacteria ‘ s kenmerkende blauwgroene kleur en beschikbaar als App voor Android. NOAA en andere federale agentschappen controleren nu algenbloei in 2000 U. S. meren die bloemen kunnen bevatten die groot genoeg zijn om te worden gezien met behulp van satellietbeelden, en ze publiceren bloeiinformatie van de meren via de Cyaan-app. De agentschappen hopen de ontwikkeling te ondersteunen van lokale voorspellingssystemen voor de meren die zij momenteel monitoren, met behulp van de voorspellings-methoden die in het Eriemeer zijn ontwikkeld.

maar NOAA is niet klaar met Lake Erie. Sommige microcystis bloeien zijn giftiger dan andere, en Stumpf ziet Erie als de sleutel tot het ontwikkelen van een toxiciteit voorspelling die nog niet bestaat.

” we kunnen niet alles doen met satellieten, ” zei hij. “We kunnen toxiciteit niet meten, omdat toxines geen pigmenten zijn. Ze hebben geen kleur.”

momenteel vereist het opsporen van toxiciteit regelmatige waterbemonstering, iets wat onderzoekers van Bowling Green wekelijks doen. Hun gegevens helpen verklaren hoe bloemen veranderen seizoensgebonden, maar minder wordt begrepen over hoe toxiciteit fluctueert elke dag. Daar komen burgerwetenschappers bij kijken.

“we weten dat er een heleboel dynamiek die we missen op een dag-tot-dag basis,” Davis, De Bowling Green professor, zei. “Dus wat we proberen te doen is, door het opnemen van burger wetenschappers, het verzamelen van meer gegevens die ons in staat stellen om een aantal van deze fijne trends in toxineconcentraties te zien, die hopelijk zal ons toelaten om de toxine prognose model te ontwikkelen.”

Bowling Green werkte samen met verschillende andere universiteiten en NOAA om mensen te werven die al elke dag aan het meer werken, zoals strandmanagers en charterbootkapiteins. De onderzoekers hebben miljoenen dollars aan staats-en federale subsidies ontvangen om deze en andere algen onderzoeksinspanningen te ondersteunen. Standaard toxine testen is ingewikkeld en duurt uren om te voltooien, maar de burger wetenschappers zullen het water te bemonsteren met behulp van nieuw ontwikkelde test cartridges die toxiciteit kan meten in een fractie van de tijd.Davis hoopt dat de vereenvoudigde methode voor het verzamelen van gegevens de controlecapaciteit zal vergroten zonder de burgerwetenschappers te overweldigen. Hij is van plan om bevindingen van Lake Erie te vergelijken met Microcystis gevonden in Afrika ‘ s Lake Victoria en andere meren over de hele wereld, door middel van een door de National Science Foundation gefinancierd project dat tot doel heeft om het mysterie van de wereldwijde dominantie van het organisme te ontrafelen.

ondanks de omvang van het Eriemeer—het beslaat bijna 10.000 vierkante mijl, vier staten en twee landen—vergemakkelijkt de Great Lakes Water Quality Agreement, dat in 1972 door de Verenigde Staten en Canada is ondertekend en in 2012 is bijgewerkt, een consistente monitoring over de grenzen heen.

de overeenkomst is van kracht geweest, aldus Davis. Hoewel elk meer anders is, zei hij: “veel mensen kijken naar wat er gaande is in Lake Erie en het onderzoek dat uit het Lake Erie gebied komt om hen te helpen begeleiden.”

Blooming Through Time

blootstelling aan cyanotoxinen kan alles veroorzaken van keelpijn, hoofdpijn en uitputting tot ernstige symptomen zoals braken, longontsteking en leverbeschadiging, volgens het Center for Disease Control and Prevention. Hoewel eerder werd gedacht dat blootstelling alleen kon plaatsvinden door contact via water, blijkt uit recente bevindingen dat cyanotoxinen in de lucht meer dan een mijl landinwaarts kunnen reizen.

” als je naar het strand gaat en je zit of recreeert in een meer met deze algen toxines, kun je thuiskomen met dat soort symptomen die slechts een dag of twee aanhouden, ” zei Anne Weir Schechinger, senior analist in economie bij de Environmental Working Group. “Er is ook wat meer onderzoek de laatste tijd tonen deze langere termijn effecten, zoals leverfalen, en zelfs sommige kankers die beginnen te worden geassocieerd met deze toxines. Maar ik zou nog steeds zeggen dat gezondheidsonderzoek nog vroeg is.”

zelfs als er schuim op het oppervlak van een meer aanwezig is, kan het niet giftig zijn. Maar het omgekeerde kan ook waar zijn. Hoewel het vermijden van potentieel giftig schuim de veiligste stap is, waarschuwde Schechinger ervoor om niet te veronderstellen dat het veilig is om te zwemmen in rivieren, meren of vijvers die algenvrij lijken.

” u ziet niet per se een scummy bloom. Dat betekent niet dat er niet (toxine) in het water,” zei ze.

een kaart van toxineadviezen is beschikbaar voor de openbare stranden van Ohio via het state Department of Health. Veel andere staten bieden vergelijkbare middelen. Schechinger raadt aan om online te zoeken naar algentoxineadviezen in de buurt en, als er niets opduikt, een oproep te doen aan het staatsagentschap dat blooms in de gaten houdt.

het grootste deel van het onderzoek naar Microcystis en cyanotoxinen is in de afgelopen tien jaar aan het licht gekomen. De relatie tussen stikstof en toxiciteit is relatief goed begrepen, hoewel het veld zich blijft ontwikkelen.

de Microcystis die het Eriemeer domineert, kan alleen in grootte en toxiciteit groeien totdat de bloei alle beschikbare stikstof of fosfor in het meer heeft opgebruikt. Vroeg onderzoek identificeerde fosfor als de primaire beperkende nutriënt, wat leidde tot milieuregels gericht op het verminderen van algen om zich alleen op fosfor te richten.

Microcystis heeft zowel fosfor als stikstof nodig om te groeien, maar het heeft stikstof direct nodig om zijn toxine te produceren. Dus het verminderen van fosfor, maar geen stikstof, zou een bloei bevorderen die fysiek kleiner is, maar waarschijnlijk niet minder giftig. Het verminderen van stikstof, maar geen fosfor, zou een bloei bevorderen die net zo groot is, maar bestaat uit een ander soort algen dat stikstof uit de lucht vangt, wat net zo giftig zou kunnen zijn.

“we moeten ons concentreren op beide, omdat we echt op zoek zijn naar een holistische aanpak,” zei Davis. “We willen fosfor en stikstof verminderen, zodat we een gezond meer hebben, want een gezond meer heeft een gezonde balans van beide voedingsstoffen.”

hoewel in het EPA nu wordt aanbevolen om naast fosfor ook stikstof te verminderen, zijn de inspanningen van staten om algen te verminderen traag gevolgd. In 2015 ondertekenden Michigan, Ohio en de Canadese provincie Ontario de Western Basin of Lake Erie Collaborative Agreement, die een 40-procent vermindering van de fosfor—meestal uit agrarische runoff—invoeren van het meer in 2025 vereist. H2Ohio, dat vorig jaar November financiering ontving in het kader van de Ohio-begroting, richt zich ook op het beperken van fosforafvoer uit de landbouw om de algenbloei te beperken.

Ohio heeft zijn voorlopige doelstelling van een 20 procent reductie van fosfor in 2020 niet bereikt. Als het gaat om het bereiken van de 40 procent-doelstelling in 2025, zei Bucher, van de Ohio Environmental Council, “ik denk dat we daar kunnen komen. Ik denk dat het gewoon een dubbele inzet nodig heeft.”Het hebben van consistente financiering zal ook van het grootste belang zijn, zei hij.

de meeste deskundigen zeggen dat het verminderen van de hoeveelheid nutriënten die door boerderijen vrijkomen de enige manier is om de bloei in een meer zo groot als Erie te stoppen. Huichun “Judy” Zhang, hoogleraar civiele en milieutechniek aan de Case Western Reserve University, wil voorkomen dat fosfor dat al door boerderijen is vrijgegeven, het meer bereikt.

She ontwikkelt een systeem voor het opvangen van fosfor om runoff in de landbouw te verminderen, met behulp van filters vol met kleine structuren, elk ter grootte van een sesamzaad, die fosfor kunnen absorberen uit het water dat doorloopt. Ze heeft $200.000 in subsidie geld ontvangen om dit werk te ondersteunen.Zhang en haar onderzoekspartner Chad Penn, een bodemwetenschapper die werkt voor het Amerikaanse Ministerie van Landbouw, verwachten in de nabije toekomst een proefproject te installeren om hun technologie te demonstreren. Ze zijn van plan om de filters te plaatsen op plaatsen waar de afvoer zich op natuurlijke wijze verzamelt, zoals afwateringssloten.

” op korte termijn, om fosfor vrij te maken in het meer, Dit, hopen we, Gaat een enorme impact te maken, ” Zhang zei. Ze verwacht dat de filters als tijdelijke oplossing dienen totdat de fosfor die vrijkomt door de landbouw aanzienlijk kan worden verminderd.Een Israëlisch bedrijf, BlueGreen Water Technologies, heeft een andere aanpak. Twee jaar geleden lanceerde het een vorm van algicide die cyanobacteriën aanvalt, waardoor een massa afsterft van de giftige algen terwijl niet-toxische vormen van algen—en andere waterorganismen—kunnen overleven. De behandeling is succesvol geweest in Israël, Zuid-Afrika en China, evenals in het Chippewa-meer in Ohio, dat jarenlang geteisterd werd door giftige bloemen. Een jaar na BlueGreen toegepast zijn” LakeGuard ” behandeling, die een dag duurde en kostte ongeveer $ 20.000, Chippewa Lake blijft algen-vrij.Chief Technology Officer Moshe Harel is aangenaam verrast dat algen niet zijn teruggekeerd naar het Chippewa-meer. “We schrijven het boek terwijl we spreken,” zei hij.

algenbloei in vijvers of kleine meren is relatief gemakkelijk te verhelpen. Maar het behandelen van grotere meren is een uitdaging. Lake Erie is duizenden malen groter dan de grootste lake BlueGreen heeft behandeld, maar in tegenstelling tot zowat iedereen, het bedrijf is niet afgeschrikt door de schaal.

Harel, een milieubioloog en de bedenker van de LakeGuard-behandeling, die is goedgekeurd en gecertificeerd door de Ohio EPA, is van mening dat het vermogen van de behandeling om te drijven en waterstromen te volgen effectief zal vertalen naar elk meer, ongeacht de schaal. Op een gegeven moment, maar nog niet helemaal, wil hij het tegen Lake Erie opnemen.

” we zijn niet gericht op de behandeling van het hele meer, ” Harel zei. “We doen chirurgische behandelingen. Dus, voor een meer zoals Lake Erie, ons doel zal zijn om te controleren waar de bloei begint aan het begin van het seizoen.= = Plaatsen in de nabije omgeving = = de onderstaande figuur toont nabijgelegen plaatsen in een straal van 16 km rond Harel.

” al deze meren zijn onbehandelbaar, laten bloeien en voor de bloei van jaar tot jaar erger,” zei Chief Executive Officer Eyal Harel, Moshe Harels broer, van de meren BlueGreen heeft al behandeld. “Ik denk dat we Lake Erie gaan behandelen. Het is gewoon een kwestie van tijd.”