Con la crescente frequenza e entità delle fioriture di alghe tossiche d'acqua dolce che diventano un problema sempre più preoccupante per la salute pubblica, Gli scienziati della Carnegie Jeff Ho e Anna Michalak, insieme ai colleghi, hanno fatto nuovi progressi nella comprensione dei fattori alla base delle fioriture del lago Erie e delle loro implicazioni per il ripristino del lago. Il lavoro è pubblicato in due studi correlati.

Utilizzando i dati dello strumento Landsat 5 della NASA, i ricercatori hanno generato nuove stime delle fioriture algali storiche nel lago Erie, più che raddoppiare il numero di anni prima disponibili per gli scienziati per indagare, da 14 a 32. (Questo primo studio è stato pubblicato in Telerilevamento dell'ambiente .) Esplorando questo nuovo record storico, hanno scoperto che il carico cumulativo di fosforo su scala decennale, ovvero il deflusso che entra nel corso d'acqua, aiuta a prevedere la dimensione della fioritura oltre agli effetti degli input di fosforo nello stesso anno. Il lavoro suggerisce che potrebbe essere necessario fino a un decennio per raccogliere i benefici delle riduzioni del carico di nutrienti recentemente proposte. (Questo secondo studio è stato pubblicato nel Journal of Great Lakes Research .)

Quando si aggiungono quantità eccessive di fosforo all'acqua, si verificano fioriture di alghe d'acqua dolce dannose, spesso come deflusso dal fertilizzante. L'eccesso di fosforo stimola la crescita delle piante acquatiche e del fitoplancton come le alghe azzurre Microcitosi sp ., un organismo che produce una tossina che colpisce il fegato umano e può anche causare irritazione della pelle.

Da nessuna parte il problema delle fioriture algali tossiche è stato sentito più acutamente del Lago Erie, che confina con gli stati americani dell'Ohio, Pennsylvania, e New York, e la provincia canadese dell'Ontario. Negli anni Sessanta e Settanta, le fioriture algali erano un grosso fastidio, ma obiettivi binazionali sul fosforo hanno portato al recupero del lago. Più recentemente, le fioriture sono tornate con maggiore intensità e conseguenze, con fioriture da record nel 2011 e 2015. Tossine da a microcisti fioritura nel 2014 ha portato a un avviso di tre giorni "non bere l'acqua del rubinetto" per i 500, 000 residenti di Toledo, Ohio, e la zona circostante.

"La qualità dell'acqua nella parte occidentale del lago Erie è in declino da due decenni, " ha osservato l'autore principale Jeff Ho. "Circa 11 milioni di persone dipendono dal lago Erie per l'acqua potabile".

Questo problema urgente ha spinto lo sviluppo di nuovi obiettivi di fosforo dalla Commissione mista internazionale binazionale nel 2016. I nuovi obiettivi sono un passo importante nella salvaguardia delle acque del Lago Erie, ma è probabile che il recupero richieda diversi anni anche dopo che la quantità di fosforo che entra nel lago è diminuita.

"I risultati dei nostri studi suggeriscono che il fosforo intrappolato nei sedimenti lacustri continua a essere rilasciato nuovamente nel lago per diversi anni, nutrire le fioriture anno dopo anno, ", ha osservato la coautrice Anna Michalak.

Michalak e Ho sono stati motivati ​​a intraprendere questi studi dopo aver realizzato che tutti gli attuali sforzi per modellare le fioriture tossiche nel lago Erie si basavano su meno di quindici anni di dati. "La nostra comprensione dei processi lacustri cambierebbe se potessimo tornare indietro per vedere cosa stava succedendo negli anni '80 e '90?" Michalak ricorda di aver chiesto.

Il primo passo è stato raccogliere nuove informazioni sulle fioriture storiche dai dati satellitari esistenti. Per fare questo, il team ha esaminato l'archivio Landsat 5, che risale al 1984. Utilizzando un metodo di nuova concezione basato su più metriche di presenza di bloom, distribuzione, dimensione, e tempi, hanno valutato undici algoritmi Landsat candidati, e ha trovato quello che corrispondeva meglio ai dati esistenti degli ultimi anni. Hanno quindi applicato questo algoritmo per mappare le fioriture fino al 1984, più che raddoppiare il record storico esistente, e aumentando notevolmente la loro capacità di comprendere tendenze e cause.

"Questo approccio multimetrico per identificare il miglior algoritmo di rilevamento della fioritura ci ha fornito un quadro completo dei punti di forza e di debolezza di ciascun algoritmo, " ha osservato Ho.

Con questi nuovi dati di fioritura in mano, i ricercatori hanno esplorato le relazioni tra la gravità della fioritura e gli input di acqua nel lago, soprattutto fosforo. I ricercatori hanno scoperto che la quantità di fosforo che entra nel lago ogni primavera, insieme alla quantità di fosforo che era entrata nel lago nel decennio precedente, potrebbe spiegare tre quarti della variabilità da un anno all'altro delle dimensioni della fioritura nel periodo di registrazione di tre decenni.

"Il carico cumulativo di fosforo, indicativo delle tendenze a lungo termine della dimensione della fioritura, è stata la chiave per comprendere il motivo per cui alcune fioriture si sono verificate durante anni con scarsi deflussi primaverili di fosforo, " ha osservato Ho. "Spiega anche perché le fioriture sono diventate più grandi negli ultimi anni, ancor più di quanto ci saremmo aspettati sulla base dei soli cambiamenti di anno in anno nel carico primaverile, " ha aggiunto Michalak.

"La strada da percorrere per il lago Erie è chiara:dobbiamo ridurre la quantità di fosforo che scorre nel lago. E dovremo essere pazienti per dare al lago il tempo di riprendersi, " ha concluso Michalak.