Prawie dokładnie trzy lata temu, w sierpniu 2014 r., Mieszkańcom Toledo w Ohio powiedziano, aby natychmiast przestali pić wodę miejską. Porada „nie pij” trwała trzy dni i wysłała mieszkańców wzdłuż linii państwowych w poszukiwaniu wody butelkowanej. Dotknęło to prawie pół miliona ludzi.
Sprawca? Niebiesko-zielone algi zwane cyjanobakteriami w jeziorze Erie, miejskim zaopatrzeniu w wodę. Gdy warunki są odpowiednie, sinice kwitną w duże, zamulone maty. Te zakwity mogą wytwarzać toksynę zwaną mikrocystyną, która powoduje szereg skutków zdrowotnych u ludzi, od wysypki i biegunki po uszkodzenie wątroby. Ze względu na zmiany klimatu i wpływ człowieka, taki jak spływ z rolnictwa, te toksyczne zakwity stają się coraz częstsze.
„Problem jest naprawdę ogólnoświatowy” - mówi ekolog ekolog Tom Tom Schengen, zastępca dyrektora Cooperative Institute for Great Lakes Research na University of Michigan.
Jo Schengen i jego koledzy mają nadzieję, że jezioro Erie, jedno z najbardziej dotkniętych jezior w Ameryce, może być jednym z pierwszych, którzy skorzystają z nowego rozwiązania. Eksperymentują z nową technologią - „robotycznym laboratorium” z dna jeziora - do testowania wody oraz udzielania informacji i wczesnych ostrzeżeń o zanieczyszczeniu.
Technologia nazywa się procesorem próbek środowiskowych (ESP) i jest umieszczona na dnie jeziora cztery mile od ujęcia wody dla miejskiego zaopatrzenia w wodę w Toledo. Wyglądający raczej jak przemysłowy kompaktor śmieci, ESP jest czasami opisywany jako „laboratorium w puszce”. W pełni zautomatyzowany ESP testuje wodę raz lub dwa razy dziennie i wysyła wyniki bezprzewodowo do badaczy.
Jest to znacznie szybsze niż tradycyjny proces, w którym naukowcy podróżują łodzią do różnych miejsc, zbierają, filtrują i ekstrahują próbki podlewania, a następnie analizują je pod kątem toksyn. Może to potrwać do dwóch dni. Podczas gdy stacje uzdatniania wody monitorują również swoje zaopatrzenie w toksyny, testują wodę w punkcie poboru. Oznacza to, że jeśli coś znajdą, znajduje się już zasadniczo w stacji uzdatniania wody. Laboratorium w puszce może dać dzień ostrzeżenia o zbliżaniu się toksyn glonów.
Lake Erie's ESP jest pierwszym tego rodzaju urządzeniem w systemie słodkowodnym. Istnieją podobne laboratoria u wybrzeży Maine i Waszyngtonu, a także inne lokalizacje, wykorzystywane głównie do monitorowania toksyn, które mogą wpływać na skorupiaki. Badania ze Stanford wykazały, że ESP mogą pomóc w wczesnym ostrzeganiu rybaków i żeglarzy rekreacyjnych w otoczeniu słonej wody, informując ich, że woda i ryby w nim mogą być skażone. Jednak w miarę, jak zakwity sinic nasilają się, naukowcy twierdzą, że ESP prawdopodobnie staną się bardziej powszechne w słodkiej wodzie.
Jak mówi Jo Schengen, zmiany klimatu zaostrzą problem z dwóch powodów. Pierwszy to ocieplenie wód. Cyjanobakterie lubią ciepło i kwitną w temperaturach powyżej 68 stopni Fahrenheita. Inne glony preferują niższe temperatury, więc gdy woda wystarczająco się ogrzeje, sinice zaczynają je konkurować i przejmują duże obszary. Drugim powodem jest spływ. Zmiana klimatu zmienia wzorce pogodowe i powoduje intensywniejsze burze. Ulewne opady deszczu powodują duże spływy rolnicze, odprowadzając nawozy z gospodarstw do sieci wodociągowej. Cyjanobakterie pożerają i rozwijają się z tych składników odżywczych.
„Połączenie cieplejszych wód i wysokich nakładów z odpływu może naprawdę wywołać te zakwity”, mówi Jo Schengen.
Naukowcy mają nadzieję wykorzystać dane ESP w połączeniu z modelami komputerowymi, aby dokładnie zrozumieć, jak zachowują się sinice. Planują śledzić ruch kwitnienia zarówno poziomo, jak i pionowo w wodzie, wykorzystując informacje o prądach i wietrze. Jest to ważne, ponieważ lokalizacja i ruch kwiatu może przewidzieć, w jaki sposób może on wpłynąć na ludzi. Zakwit na powierzchni może wpływać tylko na rekreację w wodzie, co oznacza, że należy ostrzec pływaków i żeglarzy. Ale zakwity głęboko przez prądy mogą wpływać na zaopatrzenie w wodę, ponieważ oczyszczalnie na ogół pobierają wodę z dna. Ostatecznie naukowcy mają nadzieję, że wykorzystają te dane, aby w jak największym stopniu zapobiec zakwitom.
„Likwidacja zakwitów prawdopodobnie nigdy się nie wydarzy, ale możemy absolutnie zmniejszyć rozmiar i oddziaływanie tych zakwitów”, mówi Tim Davis, ekolog z dawnego Laboratorium Badań Środowiskowych Wielkich Jezior National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA).
W ramach projektu, współpracy między Cooperative Institute for Great Lakes Research, NOAA's Great Lakes Environmental Research Laboratory w Ann Arbor, NOAA National Centers for Coastal Ocean Science i Monterey Bay Aquarium Research Institute, planuje sprowadzenie dwóch kolejnych ESP do jeziora Erie. Dwa będą wdrażane przez cały czas, a trzeci może być wprowadzany w razie potrzeby.
ESP nie są „srebrną kulą”, mówi Davis. Naukowcy nadal będą cotygodniowo monitorować, aby uzyskać większą różnorodność informacji o wodzie w wielu lokalizacjach, nie tylko w miejscach, w których rozmieszczono ESP. Ale on i jego koledzy uważają, że podobne technologie staną się bardziej powszechne, ponieważ będą mniejsze i tańsze. W tej chwili ESP waży około 1000 funtów i kosztuje 375, 000 USD.
Około jedenastu milionów ludzi żyje nad brzegiem jeziora Erie, najbardziej płytkiego, a zatem najcieplejszego i najbardziej podatnego na glony Wielkich Jezior. Wszystkim zagrożony jest wzrost toksycznych zakwitów. Podobnie mieszkańcy w pobliżu wielu innych amerykańskich jezior, w tym ogromnych zbiorników wodnych, takich jak Lake Okeechobee na Florydzie i Utah Lake, w pobliżu Salt Lake City. Cięcia budżetowe i złagodzenie przepisów ochrony środowiska pod obecną administracją mogą przekreślić plany oczyszczania wody, pozostawiając jeziora jeszcze bardziej podatne na toksyny. W przypadku ESP, być może mieszkańcy mogą otrzymać ostrzeżenie, zanim toksyny dotrą do wody pitnej.
