Nămolul Verde Toxic al lacului Erie se înrăutățește odată cu schimbările climatice

CLEVELAND, Ohio—pe măsură ce vara se scurge, o mare parte din vestul lacului Erie pute. Goo verde—mile și mile de ea-plutește la suprafață, emanând un miros ca peștele putrezit pe măsură ce se descompune.

gunoiul nu este doar neplăcut. E periculos.

înflorirea algelor dăunătoare reprezintă un pericol pentru sănătate în toate cele 50 de state. Dar Lacul Erie, cel mai superficial și, prin urmare, cel mai cald, dintre cele cinci mari lacuri, este unic vulnerabil la înflorirea algelor. La fel ca majoritatea celorlalte corpuri de apă care suferă de flori, lacul este supraîncărcat cu substanțe nutritive, formând terenul perfect de reproducere pentru o bacterie cunoscută pentru otrăvirea animalelor de companie, contaminarea apei potabile și crearea de „zone moarte” lipsite de oxigen care ucid viața acvatică.

viitorul imediat al lacului arată sumbru: florile se înrăutățesc odată cu schimbările climatice și reprezintă o amenințare pentru turism și recreere. Dar cercetarea în situația dificilă a lacului este înfloritoare, iar descoperirile sunt relevante la nivel mondial. „Algele” albastre-verzi care sufocă Erie, Microcystis—care nu este cu adevărat alge, ci un fel de bacterii fotosintetice—abundă în lacurile de pe fiecare continent, cu excepția Antarcticii.

„de ce este un concurent atât de bun? Asta sperăm să învățăm”, a spus Tim Davis, profesor asociat de științe biologice la Bowling Green State University, care a studiat înflorirea algelor dăunătoare din întreaga lume.

cianobacteriile toxice, denumite în mod colocvial „alge toxice”, au izbucnit în lumina reflectoarelor în Statele Unite în 2014, după ce o fabrică de apă potabilă din Toledo, Ohio, a găsit niveluri periculoase de toxine în timpul unui test de rutină, iar orașul a declarat apa de la robinet nepotabilă. Sute de mii de oameni au fost lăsați să se lupte pentru a găsi apă sigură până când Toledo a ridicat interdicția mai mult de două zile mai târziu.

odată ce urgența a trecut, întrebarea în mintea tuturor a fost: „Ce trebuie să facem pentru a ne asigura că suntem în siguranță?”a spus Pete Bucher, care a început să lucreze ca asistent legislativ pentru Districtul adunării de stat care reprezintă sudul Toledoului la o lună după criza apei din oraș. Bucher este acum directorul general al Politicii de apă la Ohio Environmental Council.

la acea vreme, testarea pentru cianotoxine, inclusiv toxina produsă de Microcystis, nu era necesară de Agenția pentru Protecția Mediului (EPA). Asta s-a schimbat după Toledo.

APE a introdus monitorizarea națională obligatorie pentru cianotoxine în 2016 cu regula nereglementată de monitorizare a contaminanților. Regula a intrat în vigoare în 2018 și urmează să se încheie anul acesta. Instalațiile de apă potabilă din zonele afectate ale lacului Erie au introdus, de asemenea, tratamente costisitoare, dar eficiente, inclusiv oxidarea, filtrarea folosind cărbune activ și îndepărtarea fizică sau filtrarea celulelor Microcystis încărcate cu toxine, care pot fi implementate imediat ce toxinele sunt detectate.

dacă măsurile de protecție existente astăzi-monitorizarea mai frecventă prin satelit cu imagini cu rezoluție mai mare; instrumente care detectează florile la aporturile de apă potabilă; și modelarea mai bună a florilor în sine—ar fi existat în timpul înfloririi Toledo din 2014, prezența toxinei nu ar fi fost o surpriză și „ar fi putut să o abordeze”, a declarat Rick Stumpf, oceanograf la Administrația Națională Oceanică și Atmosferică (NOAA). „Nu s-ar întâmpla din nou.”

Stumpf face parte dintr-o echipă de cercetători NOAA care a început să utilizeze sateliți pentru a estima dimensiunea înfloririi în Lacul Erie în 2009. După criza apei din Toledo, NOAA a trecut de la publicarea buletinelor săptămânale despre Erie bloom folosind imagini din satelit la lansarea actualizărilor aproape zilnice.

un dezastru Perfect

cel mai mare afluent al lacului Erie, râul Maumee, se varsă în bazinul vestic al lui Erie, cea mai puțin adâncă parte a lacului. Mai mult de 70% din bazinul hidrografic al Maumee este utilizat pentru agricultură, iar precipitațiile spală azotul și fosforul—cei doi nutrienți cheie pentru creșterea algelor—din îngrășămintele utilizate pe terenurile agricole în Maumee. Nutrienții din scurgerea respectivă sunt transportați direct în lac.

precipitațiile și nivelurile de nutrienți sunt cei doi factori principali care influențează dimensiunea înfloririi. Eliberarea azotului și a fosforului din agricultură, cea mai mare sursă de nutrienți care intră în Lacul Erie, poate fi controlată. Dar precipitațiile mai abundente duc la creșterea încărcării nutrienților din toate sursele, inclusiv din cele naturale, ceea ce provoacă flori mai mari. Algele prosperă în apă mai caldă, iar schimbările climatice sunt de așteptat să aducă vreme mai caldă și mai umedă în regiune, exacerbând factorii existenți.

„este ca cel mai rău scenariu”, a declarat Laura Johnson, directorul Centrului Național pentru cercetarea calității apei de la Universitatea Heidelberg.

cercetătorii de la Heidelberg au studiat încărcarea nutrienților în râul Maumee de zeci de ani. Comparând aceste înregistrări cu estimările NOAA privind înflorirea algelor, au legat nivelurile de fosfor din Maumee de dimensiunea înfloririi în Lacul Erie și au dezvoltat o prognoză sezonieră de înflorire pentru lac.

programul de monitorizare prin satelit NOAA a evoluat într-un proiect numit Cyanobacteria Assessment Network sau CyAN, numit pentru culoarea albastră-verde distinctivă a cyanobacteriei și disponibil ca aplicație pentru Android. NOAA și alte agenții federale monitorizează acum înflorirea algelor în 2.000 de SUA. lacuri care ar putea ține flori suficient de mari pentru a fi văzute folosind imagini din satelit și publică informații despre flori din lacuri prin aplicația CyAN. Agențiile speră să sprijine dezvoltarea sistemelor locale de prognoză pentru lacurile pe care le monitorizează în prezent, folosind metodele de prognoză dezvoltate în Lacul Erie.

dar NOAA nu se face cu Lacul Erie. Unele flori de Microcystis sunt mai toxice decât altele, iar Stumpf vede Erie ca fiind cheia dezvoltării unei prognoze de toxicitate care nu există încă.

„nu putem face totul cu sateliții”, a spus el. „Nu putem măsura toxicitatea, deoarece toxinele nu sunt pigmenți. Nu au culoare.”

în prezent, urmărirea toxicității necesită prelevarea regulată a apei, lucru pe care cercetătorii de la Bowling Green îl fac săptămânal. Datele lor ajută la explicarea modului în care florile se schimbă sezonier, dar se înțelege mai puțin despre modul în care toxicitatea fluctuează în fiecare zi. Aici intervin oamenii de știință cetățeni.

„știm că există o mulțime de dinamici care ne lipsesc în fiecare zi”, a spus Davis, profesorul de Bowling Green. „Deci, ceea ce încercăm să facem este, prin încorporarea oamenilor de știință cetățeni, să colectăm mai multe date care ne vor permite să vedem unele dintre aceste tendințe la scară fină în concentrațiile de toxine, ceea ce sperăm să ne permită să dezvoltăm modelul de prognoză a toxinelor.”

Bowling Green a colaborat cu alte câteva universități și NOAA pentru a recruta oameni care lucrează deja pe lac în fiecare zi, cum ar fi managerii de plajă și căpitanii de bărci charter. Cercetătorii au primit milioane de dolari în bani de granturi de stat și federale pentru a sprijini acest lucru și alte eforturi de cercetare a algelor. Testarea standard a toxinelor este complicată și durează ore întregi, dar oamenii de știință cetățeni vor proba apa folosind cartușe de testare nou dezvoltate care pot măsura toxicitatea într-o fracțiune de timp.

Davis speră că mijloacele simplificate de colectare a datelor vor extinde capacitățile de monitorizare fără a copleși oamenii de știință cetățeni. El intenționează să compare descoperirile din Lacul Erie cu Microcystis găsite în Lacul Victoria din Africa și în alte lacuri din întreaga lume, printr-un proiect finanțat de Fundația Națională pentru științe, care își propune să deblocheze misterul dominanței globale a organismului.

în ciuda dimensiunii lacului Erie—se întinde pe aproape 10.000 de mile pătrate, patru state și două țări-Acordul privind calitatea apei Marilor Lacuri, semnat de Statele Unite și Canada în 1972 și actualizat în 2012, facilitează monitorizarea consecventă peste granițe.

acordul a fost eficient, a spus Davis. Deși fiecare lac este diferit, el a spus: „o mulțime de oameni se uită la ceea ce se întâmplă în Lacul Erie și la cercetările care ies din zona lacului Erie pentru a-i ajuta să-i ghideze.”

înflorirea în timp

expunerea la cianotoxine poate provoca orice, de la dureri în gât, dureri de cap și epuizare până la simptome severe, cum ar fi vărsături, pneumonie și leziuni hepatice, potrivit Centrului pentru Controlul și Prevenirea Bolilor. Deși s-a crezut anterior că expunerea ar putea avea loc doar prin contact pe apă, descoperirile recente indică faptul că cianotoxinele din aer ar putea călători mai mult de o milă spre interior.

” când te duci la plajă și stai sau te recreezi într-un lac care are aceste toxine din alge, poți veni acasă cu acele tipuri de simptome care durează doar o zi sau două”, a spus Anne Weir Schechinger, analist senior în economie la grupul de lucru pentru mediu. „Au existat, de asemenea, mai multe cercetări în ultima vreme care arată aceste efecte pe termen lung, cum ar fi insuficiența hepatică și chiar unele tipuri de cancer care încep să fie asociate cu aceste toxine. Dar aș spune totuși că cercetarea în domeniul sănătății este încă devreme.”

chiar dacă gunoiul este prezent pe suprafața unui lac, acesta ar putea fi netoxic. Dar reversul poate fi, de asemenea, adevărat. În timp ce evitarea cu totul a gunoiului potențial toxic este cea mai sigură mișcare, Schechinger a avertizat să nu presupună că este sigur să înoți în râuri, lacuri sau iazuri care par fără alge.

„nu vezi neapărat o floare scummy. Asta nu înseamnă că nu există (toxină) în apă”, a spus ea.

o hartă a consultațiilor despre toxine este disponibilă pentru plajele publice din Ohio prin Departamentul de Stat al sănătății. Multe alte state oferă resurse similare. Schechinger recomandă o căutare online pentru consultații despre toxina algelor din apropiere și, dacă nu apare nimic, un apel către Agenția de stat care monitorizează blooms.

cele mai multe cercetări privind Microcystis și cianotoxine au apărut în ultimul deceniu. Relația dintre azot și toxicitate este relativ bine înțeleasă, deși domeniul continuă să se dezvolte.

Microcystis-ul care domină Lacul Erie poate crește doar în dimensiune și toxicitate până când înflorirea a consumat tot azotul sau fosforul Disponibil în lac. Cercetările timpurii au identificat fosforul ca fiind principalul nutrient limitativ, conducând reglementări de mediu menite să reducă algele pentru a viza doar fosforul.

Microcystis are nevoie atât de fosfor, cât și de azot pentru a crește, dar are nevoie de azot direct pentru a-și produce toxina. Deci, reducerea fosforului, dar nu a azotului, ar promova o floare care este fizic mai mică, dar probabil nu mai puțin toxică. Reducerea azotului, dar nu a fosforului, ar promova o floare la fel de mare, dar compusă dintr-un alt tip de alge care captează azotul din aer, care ar putea fi la fel de toxic.

„trebuie să ne concentrăm pe ambele, pentru că într-adevăr ne uităm la o abordare holistică”, a spus Davis. „Vrem să reducem fosforul și vrem să reducem azotul, astfel încât să avem un lac sănătos, pentru că un lac sănătos are un echilibru sănătos al ambelor substanțe nutritive.”

deși EPA recomandă acum reducerea azotului alături de fosfor, eforturile statelor de atenuare a algelor au fost lente. În 2015, Michigan, Ohio și provincia canadiană Ontario au semnat Acordul de colaborare bazinul vestic al lacului Erie, care necesită o reducere cu 40% a fosforului-în mare parte din scurgerile agricole—care intră în lac până în 2025. H2Ohio, care a primit finanțare ca parte a bugetului Ohio în noiembrie anul trecut, se concentrează, de asemenea, pe limitarea scurgerilor de fosfor din agricultură pentru a atenua înflorirea algelor.

Ohio nu și-a atins obiectivul preliminar de reducere cu 20% a fosforului până în 2020. Când vine vorba de îndeplinirea obiectivului de 40% până în 2025, a spus Bucher, de la Ohio Environmental Council, „cred că putem ajunge acolo. Cred că este doar de gând să ia o dublă în jos pe efort.”O finanțare consistentă va fi, de asemenea, primordială, a spus el.

majoritatea experților spun că reducerea cantității de nutrienți eliberați de ferme este singura modalitate de a opri înflorirea într-un lac la fel de mare ca Erie. Huichun” Judy ” Zhang, profesor de inginerie civilă și de mediu la Case Western Reserve University, dorește să împiedice fosforul care a fost deja eliberat de ferme să ajungă la lac.

ea dezvoltă un sistem de captare a fosforului pentru a atenua scurgerile agricole, folosind filtre ambalate cu structuri minuscule, fiecare de dimensiunea unei semințe de susan, care poate absorbi fosforul din apa care trece. Ea a primit 200.000 de dolari în bani de grant pentru a sprijini această lucrare.

Zhang și partenerul ei de cercetare, Chad Penn, un om de știință în domeniul solului care lucrează pentru Departamentul Agriculturii din SUA, anticipează instalarea unui proiect pilot care să demonstreze tehnologia lor în viitorul apropiat. Ei intenționează să amplaseze filtrele în locuri unde scurgerea se adună în mod natural, cum ar fi șanțurile de drenaj.

„pe termen scurt, pentru a putea reduce eliberarea de fosfor în lac, acest lucru, sperăm, va avea un impact imens”, a spus Zhang. Ea se așteaptă ca filtrele să servească drept soluție temporară până când fosforul eliberat de agricultură poate fi redus semnificativ.

o companie israeliană, BlueGreen Water Technologies, are o abordare diferită. În urmă cu doi ani, a lansat o formă de algicid care vizează cianobacteriile, declanșând o moarte în masă a algelor toxice, permițând în același timp formelor netoxice de alge-și altor organisme acvatice-să supraviețuiască. Tratamentul a avut succes în Israel, Africa de Sud și China, precum și în Lacul Chippewa din Ohio, care a fost afectat de flori toxice de ani de zile. La un an după ce BlueGreen și-a aplicat tratamentul „LakeGuard”, care a durat o zi și a costat aproximativ 20.000 de dolari, Lacul Chippewa rămâne fără alge.

Chief Technology Officer Moshe Harel este plăcut surprins de faptul că algele nu s-au întors la Lacul Chippewa. „Scriem cartea în timp ce vorbim”, a spus el.

înflorirea algelor în iazuri sau lacuri mici este relativ ușor de remediat. Dar tratarea lacurilor mai mari este o provocare. Lacul Erie este de mii de ori mai mare decât cel mai mare lac BlueGreen a tratat, dar spre deosebire de doar despre oricine altcineva, compania nu este pus în afara de scara.

Harel, un biolog de mediu și creatorul tratamentului LakeGuard, care este aprobat de USDA și certificat de Ohio EPA, consideră că capacitatea tratamentului de a pluti și de a urmări curenții de apă se va traduce în mod eficient în orice lac, indiferent de scară. La un moment dat, dar nu încă, vrea să ia Lacul Erie.

„nu ne propunem să tratăm întregul lac”, a spus Harel. „Facem tratamente chirurgicale. Deci, pentru un lac precum Lacul Erie, scopul nostru va fi să monitorizăm unde începe înflorirea la începutul sezonului.”

între timp, obiectivele turistice ale lui Harel sunt amplasate pe alte lacuri mari, cum ar fi Lacul Okeechobee din Florida, al optulea cel mai mare lac din țară, care este încă de 13 ori mai mic decât Lacul Erie.

„toate aceste lacuri sunt netratabile, lăsate să înflorească și pentru ca florile să se înrăutățească de la an la an”, a declarat directorul executiv Eyal Harel, fratele lui Moshe Harel, din lacurile pe care BlueGreen le-a tratat deja. „Cred că vom trata Lacul Erie. E doar o chestiune de timp.”