Почти ровно три года назад, в августе 2014 года, жителям Толедо, штат Огайо, было приказано немедленно прекратить пить городскую воду. Консультация «не пей» длилась три дня и разослала жителей через государственные границы в поисках бутилированной воды. Пострадало почти полмиллиона человек.
Виновник? Сине-зеленые водоросли цианобактерии в озере Эри, городском водоснабжении. Когда условия правильные, цианобактерии расцветают в большие грязные маты. Эти цветы могут продуцировать токсин, называемый микроцистин, который вызывает целый ряд последствий для здоровья человека, от сыпи и диареи до повреждения печени. Из-за изменения климата и воздействия человека, такого как сельскохозяйственный сток, эти токсичные цветы становятся все более распространенными.
«Проблема действительно существует во всем мире», - говорит эколог-эколог Том Йохенген, ассоциированный директор Кооперативного института исследований Великих озер Мичиганского университета.
Йохенген и его коллеги надеются, что Озеро Эри, одно из наиболее пострадавших озер в Америке, может быть одним из первых, кто получит выгоду от нового решения. Они экспериментируют с новой технологией - «роботизированной лабораторией» на дне озера - для тестирования воды и предоставления информации и заблаговременных предупреждений о загрязнении.
Технология называется устройством обработки проб окружающей среды, или ESP, и расположена на дне озера в четырех милях от водозабора для муниципального водоснабжения Толедо. Выглядя скорее как промышленный компактор для мусора, ESP иногда называют «лабораторией в банке». Полностью автоматизированный ESP проверяет воду один или два раза в день и отправляет результаты по беспроводной связи исследователям.
Это намного быстрее, чем традиционный процесс, который предполагает, что исследователи путешествуют на лодке в различные места, собирают, фильтруют и извлекают образцы для полива, а затем анализируют их на наличие токсинов. Это может занять до двух дней. И в то время как водоочистные сооружения также контролируют поступление токсинов, они проверяют воду в месте ее потребления. Это означает, что если они что-то найдут, это уже по сути внутри водоочистной станции. Лаборатория в банке может дать день предупреждения о приближении водорослевых токсинов.
ESP Lake Erie является первым в своем роде, который используется в пресноводной системе. Существуют аналогичные лаборатории у побережья Мейна и Вашингтона, а также в других местах, которые используются главным образом для мониторинга токсинов, которые могут повлиять на моллюсков. Исследования, проведенные в Стэнфорде, показали, что ESP могут помочь заблаговременно предупредить рыбаков и любителей прогулочных прогулок в условиях соленой воды, давая им понять, что вода и рыба в них могут быть загрязнены. Но по мере того, как цветение цианобактерий ухудшается, исследователи говорят, что ESP, вероятно, станут более распространенными в пресной воде.
Йохенген говорит, что изменение климата усугубит проблему по двум причинам. Первое - это потепление воды. Цианобактерии любят тепло и процветают при температуре выше 68 градусов по Фаренгейту. Другие водоросли предпочитают более холодные температуры, поэтому, когда вода становится достаточно теплой, цианобактерии начинают вытеснять их и захватывать большие площади. Вторая причина - сток. Изменение климата изменяет погодные условия и вызывает более интенсивные штормы. Проливные дожди приводят к большому сельскохозяйственному стоку, сбрасывая удобрения с ферм в водоснабжение. Цианобактерии пожирают и питаются этими питательными веществами.
«Сочетание более теплых вод и высоких поступлений сточных вод может действительно вызвать эти расцветы», - говорит Йохенген.
Исследователи надеются использовать данные ESP в сочетании с компьютерными моделями, чтобы точно понять, как ведут себя цветки цианобактерий. Они планируют отслеживать движение цветения как по горизонтали, так и по вертикали в воде, используя информацию о течениях и ветре. Это важно, потому что местоположение и движение цветка могут предсказать, как это может повлиять на людей. Поверхностное цветение может повлиять только на отдых на воде, поэтому пловцам и лодочникам следует быть осторожными. Но цветение, вызванное сильными течениями, может повлиять на водоснабжение, так как очистные сооружения, как правило, забирают воду близко ко дну. В конечном счете, исследователи надеются использовать данные, чтобы максимально предотвратить цветение.
«Ликвидация цветения, вероятно, никогда не произойдет, но мы можем абсолютно уменьшить размеры и воздействие этих цветков», - говорит Тим Дэвис, эколог, ранее работавший в Лаборатории экологических исследований в районе Великих озер Национального управления океанических и атмосферных исследований (NOAA).
В рамках проекта, созданного в сотрудничестве с Кооперативным институтом исследований Великих озер, Лабораторией экологических исследований Великих озер в Энн-Арборе, Национальными центрами исследований прибрежного океана NOAA и Научно-исследовательским институтом аквариума в Монтерее-Бэй, планируется доставить еще два ESP на озеро Эри. Два будут развернуты все время, а третий может быть повернут по мере необходимости.
ESP не «серебряная пуля», говорит Дэвис. Исследователи по-прежнему будут проводить еженедельный мониторинг, чтобы получать более разнообразную информацию о воде в нескольких местах, а не только там, где развернут ESP. Но он и его коллеги считают, что подобные технологии станут более распространенными, поскольку они станут меньше и дешевле. Сейчас ESP весит около 1000 фунтов и стоит 375 000 долларов.
Около одиннадцати миллионов человек живут на берегах озера Эри, самого мелкого и, следовательно, самого теплого и наиболее подверженного водорослям Великих озер. Все могут пострадать от увеличения токсичных цветов. То же самое делают жители многих других американских озер, в том числе огромных водоемов, таких как озеро Окичоби во Флориде и озеро Юта, недалеко от Солт-Лейк-Сити. Сокращение бюджета и ослабление экологических норм при нынешней администрации могут сорвать планы по очистке воды, оставляя озера еще более подверженными токсинам. С ESP, возможно, жители могут по крайней мере получить предупреждение прежде, чем токсины прибудут в их питьевую воду.
