Часть серии о |
Планктон |
---|
Вредное цветение водорослей ( НАВ ) (или чрезмерный рост водорослей ) содержит организмы ( как правило , водоросли , отсюда и название) , что может серьезно более низкие уровни кислорода в природных водах, убивая организмов в морской или пресной воде . Некоторые ВЦВ связаны с токсинами, вырабатываемыми водорослями . [1] Цветение может длиться от нескольких дней до многих месяцев. После отмирания цветения микробы , разлагающие мертвые водоросли, потребляют еще больше кислорода (создавая « мертвую зону »), что может вызвать гибель рыб.. Когда эти зоны с низким содержанием кислорода покрывают большую территорию в течение длительного периода времени, ни рыбы, ни растения не могут выжить.
ВЦВ вызываются эвтрофикацией : избытком питательных веществ в воде. Двумя наиболее распространенными питательными веществами являются фиксированный азот ( нитраты , аммиак и мочевина ) и фосфат . [2] Эти питательные вещества выбрасываются сельским хозяйством , другими отраслями промышленности, чрезмерным использованием удобрений в городских / пригородных районах и связанными с ними городскими стоками.. Способствующими факторами являются более высокая температура воды и низкая циркуляция. ВЦВ могут нанести значительный вред животным, окружающей среде и экономике. Их размер и частота во всем мире увеличиваются, что многие эксперты связывают с глобальным изменением климата. США Национальное управление океанических и атмосферных исследований (NOAA) предсказывает более вредных водорослей в Тихом океане . [3]
ВЦВ цианобактерий (сине-зеленые водоросли) могут появляться в виде пены, пены или матов на поверхности воды или сразу под ней и могут принимать различные цвета в зависимости от их пигментов. [2] Цветущие цианобактерии в пресноводных озерах или реках могут казаться ярко-зелеными, часто с полосами на поверхности, которые выглядят как плавающая краска. [4] Цветение цианобактерий - глобальная проблема. [5]
Точно так же красные приливы, состоящие из динофлагеллат, также содержат фотосинтетические пигменты, которые различаются по цвету от зеленого до коричневого и красного.
Большинство цветений происходит в теплой воде с избыточным содержанием питательных веществ. [2] Вредные эффекты от такого цветения связаны с токсинами, которые они производят, или с использованием кислорода в воде, что может привести к гибели рыб. [6] Не все цветущие водоросли производят токсины, некоторые только обесцвечивают воду, производят неприятный запах или придают воде неприятный привкус. К сожалению, невозможно сказать, является ли цветение вредным только по внешнему виду, поскольку требуется отбор проб и микроскопическое исследование. [2] Во многих случаях микроскопии недостаточно, чтобы отличить токсичные и нетоксичные популяции: в этих случаях можно использовать инструменты для измерения токсина или определения наличия генов, которые могут привести к выработке токсина. [7]
Существует три основных типа фитопланктона, которые могут образовывать вредоносные цветения водорослей: цианобактерии , динофлагелляты и диатомовые водоросли . Все три состоят из микроскопических плавающих организмов, которые, как и растения, могут создавать себе пищу из солнечного света посредством фотосинтеза . Эта способность делает большинство из них важной частью пищевой сети для мелких рыб и других организмов. [8] : 246
Вредное цветение водорослей в пресноводных озерах и реках или в устьях рек, впадающих в океан, вызывается цианобактериями, которые обычно называют «сине-зелеными водорослями» [9], но на самом деле являются прокариотическими бактериями [10]. ] в отличие от водорослей, которые являются эукариотами . [11] Некоторые цианобактерии, в том числе обширного рода Microsystis , может производить опасные цианотоксины , такие как микроцистины , [12] , которые являются гепатотоксинами , которые нацелены на печень млекопитающих. [13]Другие типы цианобактерий также могут продуцировать гепатоксины, а также нейротоксины, цитотоксины и эндотоксины. [14] Водоочистные сооружения могут быть не в состоянии удалить эти токсины, что приводит к тому, что все чаще появляются местные рекомендации против питья водопроводной воды, как это произошло в Толедо, штат Огайо, в августе 2014 года. [15]
В августе 2021 года только в штате Нью-Йорк было подтверждено цветение водорослей в 47 озерах. [16] [17] В сентябре 2021 года Экологические программы округа Спокан выпустили предупреждение о ВЦВ для озера Ньюман после испытаний, показывающих потенциально опасные уровни токсичности для цианобактерий, [18] в то время как в том же месяце были зарегистрированы рекордно высокие уровни микроцистинов, приведшие к распространил рекомендацию «Не пить» для 280 домашних хозяйств в Чистом озере, втором по величине пресноводном озере Калифорнии. [19] Состояние воды во Флориде, тем временем, продолжает ухудшаться из-за увеличения притока питательных веществ, вызывая серьезные ВЦВ и красные приливы как в пресноводных, так и в морских районах. [20]
ВЦВ также причиняют вред, блокируя солнечный свет, используемый растениями и водорослями для фотосинтеза, или истощая растворенный кислород, необходимый рыбам и другим водным животным, что может привести к гибели рыб. [6] Когда такая обедненная кислородом вода покрывает большую площадь в течение длительного периода времени, она может стать гипоксической или даже аноксической; эти зоны обычно называют мертвыми зонами . Эти мертвые зоны могут быть результатом множества различных факторов, начиная от природных явлений и заканчивая преднамеренным вмешательством человека, и не только ограничиваются большими водоемами с пресной водой, как в великих озерах, но также подвержены воздействию соленых водоемов. [21]
К другим типам водорослей относятся диатомовые водоросли и динофлагелляты , встречающиеся в основном в морской среде, например на берегах океана или в заливах, где они также могут образовывать цветение водорослей, обычно называемое красными приливами . Красные приливы - это естественное явление [22] [23], хотя во многих случаях, особенно когда они формируются вблизи береговой линии или в устьях рек, было показано, что они усугубляются антропогенной эвтрофикацией и / или изменением климата. [24] [25] [26] [27] Они могут возникать, когда более теплая вода, соленость и питательные вещества достигают определенного уровня, который затем стимулирует их рост. [22] Большинство красных приливных водорослей - динофлагелляты. [28]Они видны в воде при концентрации 1000 клеток водорослей / мл, в то время как при густом цветении их концентрация может превышать 200000 / мл. [29]
Диатомовые водоросли производят домоевую кислоту , еще один нейротоксин, который может вызывать судороги у высших позвоночных и птиц, поскольку концентрируется в пищевой цепи. [30] Домоевая кислота легко накапливается в организме моллюсков , сардин и анчоусов , которые, если их съесть морские львы , выдры , китообразные , птицы или люди, могут повлиять на нервную систему, вызывая серьезные травмы или смерть. [30] Летом 2015 года правительства штатов закрыли важные промыслы моллюсков в Вашингтоне , Орегоне и Калифорнии.из-за высоких концентраций домовой кислоты в моллюсках. [31]
Среди причин цветения водорослей можно выделить:
Изменение климата, по мнению ученых NOAA, способствует потеплению воды, что делает условия более благоприятными для роста водорослей в большем количестве регионов и дальше на север. [36] Глобальное потепление также считается ключевым фактором цветения водорослей в Южном полушарии, что признано учеными Австралии. [37] В целом тихая, теплая, мелководная вода в сочетании с высоким содержанием питательных веществ в озерах или реках увеличивает риск вредоносного цветения водорослей. [35]
Питательные вещества попадают в пресноводную или морскую среду в виде поверхностных стоков от сельскохозяйственных загрязнений и городских стоков с удобренных газонов, полей для гольфа и других благоустроенных территорий; и от очистных сооружений , на которых отсутствуют системы контроля за питательными веществами. [38] Дополнительные питательные вещества поступают в результате загрязнения атмосферы. [39] Прибрежные районы во всем мире, особенно водно-болотные угодья и эстуарии, коралловые рифы и болота, склонны к перегрузке этими питательными веществами. [39] Например, большинство крупных городов на Средиземном море сбрасывают все сточные воды в море без очистки. [39]То же самое верно для большинства прибрежных развивающихся стран, тогда как в некоторых частях развивающегося мира до 70% сточных вод из крупных городов могут повторно попадать в водные системы без очистки. [40]
В США поверхностный сток является крупнейшим источником питательных веществ, добавляемых в реки и озера, но в основном не регулируется федеральным законом о чистой воде . [41] : 10 [42] [43] Разработанные на местном уровне инициативы по сокращению загрязнения питательными веществами реализуются в различных областях страны, таких как район Великих озер и Чесапикский залив . [44] [45] Чтобы помочь уменьшить цветение водорослей в озере Эри , штат Огайо представил в 2016 году план по сокращению стока фосфора. [46]
Остаточные биогенные вещества в очищенных сточных водах могут также накапливаться в нижних водах источника [47] и способствовать эвтрофикации, которая постепенно приводит к системе с преобладанием цианобактерий, характеризующейся сезонным ВЦВ. По мере строительства инфраструктуры очистки сточных вод все больше очищенных сточных вод возвращается в естественную водную систему, что приводит к значительному увеличению этих остаточных питательных веществ.
Остаточные питательные вещества объединяются с питательными веществами из других источников, чтобы увеличить запас питательных веществ в донных отложениях, что является движущей силой фазовых сдвигов в устойчивые эвтрофные условия.
Это способствует продолжающейся деградации плотин, озер, рек и водохранилищ - зон источников водоснабжения, которые начинают называть экологической инфраструктурой [48], что увеличивает нагрузку на очистные сооружения и водоочистные сооружения и усиливает сезонные ВЦВ.
Природным водоемам в Техасе угрожает антропогенная деятельность из-за крупных нефтеперерабатывающих заводов и нефтяных скважин (например, выбросы и сброс сточных вод), масштабной сельскохозяйственной деятельности (например, выброс пестицидов) и добычи полезных ископаемых (например, токсичных сточных вод), а также природных явлений, связанных с частыми События HAB. Впервые в 1985 году штат Техас задокументировал присутствие p. parvum (золотые водоросли) цветут вдоль реки Пекос . Это явление затронуло 33 водохранилища в Техасе вдоль основных речных систем, включая Бразос, Канаду, Рио-Гранде, Колорадо и Ред-Ривер, и привело к гибели более 27 миллионов рыб и нанесению ущерба на десятки миллионов долларов. [49]
Chesapeake Bay , самый большой лиман в США, страдает от повторяющегося крупного цветения воды в течение десятилетий из - за химический сток из нескольких источников, [50] , в том числе 9 крупных рек и 141 небольших ручьев и речек в частях шести штатов. Кроме того, вода довольно мелкая, и только 1% попадающих в нее отходов смывается в океан. [39]
По весу 60% фосфатов, попавших в залив в 2003 году, были получены с очистных сооружений, а 60% нитратов поступило со стоком удобрений, отходами сельскохозяйственных животных и атмосферой. [39] Ежегодно в залив добавляется около 300 миллионов фунтов (140 Гг) нитратов. [51] Рост населения в водоразделе залива с 3,7 миллиона человек в 1940 году до 18 миллионов в 2015 году также является важным фактором [39], поскольку экономический рост приводит к увеличению использования удобрений и увеличению выбросов промышленных отходов. [52] [53]
По состоянию на 2015 год шесть штатов и местные органы власти в бассейне реки Чесапик модернизировали свои очистные сооружения, чтобы контролировать сброс питательных веществ. По оценкам Агентства по охране окружающей среды США (EPA), усовершенствования очистных сооружений в регионе Чесапик в период с 1985 по 2015 годы предотвратили сброс 900 миллионов фунтов (410 Гг) питательных веществ, при этом выбросы азота сократились на 57%, а выбросы фосфора - на 75%. [54] Загрязнение сельскохозяйственных и городских сточных вод по-прежнему является основным источником питательных веществ в заливе, и усилия по решению этих проблем продолжаются на всей территории водосбора 64 000 квадратных миль (170 000 км 2 ). [55]
Недавнее цветение водорослей в озере Эри было вызвано в основном сельскохозяйственными стоками и привело к предупреждению некоторых людей в Канаде и Огайо не пить воду. [56] [57] Международная совместная комиссия призвала Соединенные Штаты и Канаду резко сократить количество фосфора в озере Эри, чтобы устранить угрозу. [58] [59]
У Грин-Бей есть мертвая зона, вызванная загрязнением фосфором, которое, похоже, ухудшается. [60]
Озеро Окичоби - идеальная среда обитания для цианобактерий, поскольку оно неглубокое, солнечное и насыщено питательными веществами из сельского хозяйства Флориды. [61] Okeechobee водный путь соединяет озеро в Атлантическом океане и в Мексиканском заливе через реку Сент - Люси и Калузахатчи соответственно. Это означает, что вредоносное цветение водорослей переносится вниз по устьям рек, когда в влажные летние месяцы выделяется вода. В июле 2018 года до 90% озера Окичоби было покрыто водорослями. [62] [63] Вода, стекающая из озера, наполнила регион неприятным запахом и вызвала респираторные проблемы у некоторых людей в течение следующего месяца.[64] Что еще хуже, вредные «красные приливы» исторически обычны на побережьях Флориды в те же самые летние месяцы. [65] Цианобактерии в реках умирают, когда достигают соленой воды, но их азотфиксация питает красный прилив на побережье. [65] Таким образом,районы в устье эстуариев, такие как мыс Корал и Порт-Сент-Люси, испытывают комбинированное воздействие обоих типов вредоносного цветения водорослей. Бригады уборщиков, нанятые властями округа Ли, где Калузахатчи встречается с Мексиканским заливом, удалили более 1700 тонн мертвых морских обитателей в августе 2018 года [66].
Открытая дефекация распространена в Южной Азии, но отходы жизнедеятельности человека часто упускают из виду источник загрязнения питательными веществами при моделировании загрязнения морской среды. Когда азот (N) и фосфор (P), вносимые отходами жизнедеятельности человека, были включены в модели для Бангладеш, Индии и Пакистана, оценочные поступления азота и фосфора в водоемы увеличились на один-два порядка по сравнению с предыдущими моделями. [34] Речной экспорт питательных веществ в прибрежные моря увеличивает потенциал прибрежной эвтрофикации (ICEP). ICEP реки Годавари в три раза выше, если учитывать поступления азота и фосфора из отходов жизнедеятельности человека.
По мере роста цветения водорослей они истощают кислород в воде и блокируют попадание солнечного света на рыбу и растения. Такое цветение может длиться от нескольких дней до многих месяцев. [67] При меньшем количестве света растения под цветением могут погибнуть, а рыба - голодать. Кроме того, густая популяция цветка снижает насыщение кислородом ночью за счет дыхания. А когда водоросли в конечном итоге отмирают, микробы, разлагающие мертвые водоросли, потребляют еще больше кислорода, что, в свою очередь, приводит к гибели или покиданию этого района еще большего количества рыб. Когда кислород продолжает истощаться из-за цветения, это может привести к гипоксическим мертвым зонам , где ни рыба, ни растения не могут выжить. [68]Эти мертвые зоны в случае Чесапикского залива, где они являются обычным явлением, также подозреваются в качестве основного источника метана . [69]
Негативное воздействие на рыбу может быть еще более серьезным, когда они содержатся в загонах, как на рыбных фермах. В 2007 году рыбная ферма в Британской Колумбии потеряла 260 тонн лосося из-за цветения [70], а в 2016 году ферма в Чили потеряла 23 миллиона лососей из-за цветения водорослей. [71]
По данным NOAA, менее одного процента цветения водорослей производят опасные токсины, такие как микроцистины . [12] Хотя сине-зеленые или другие водоросли обычно не представляют прямой угрозы для здоровья, производимые ими токсины (яды) считаются опасными для людей, наземных животных, морских млекопитающих, птиц [67] и рыб, когда токсины являются проглочен. [12] Токсины - это нейротоксины, которые разрушают нервную ткань, что может повлиять на нервную систему, мозг и печень и привести к смерти. [13] Тесты показали, что некоторые токсины вблизи цветков могут находиться в воздухе и, таким образом, попадать в дыхательные пути, что может повлиять на здоровье. [72]
Не существует лечения для животных, включая домашний скот, если они пьют из цветущих водорослей, в которых присутствуют такие токсины. Департамент здравоохранения Флориды рекомендует держать людей и домашних животных подальше от цветущих водорослей, чтобы избежать контакта. [73]
Не рекомендуется есть рыбу или моллюсков из озер с цветением поблизости. [4] Исследование показало, что токсины водорослей могут быть причиной до 60 000 случаев отравления в мире каждый год. [74] Это происходит из-за накопления сильнодействующих токсинов в моллюсках, которые потребляют эти водоросли, а затем эти моллюски позже потребляются людьми, что может привести к амнезическому отравлению моллюсками , диарейному отравлению моллюсками , нейротоксическому отравлению моллюсками и паралитическому отравлению моллюсками . [74] Токсичное паралитическое отравление моллюсками на Филиппинах во время красных приливов.привел к гибели не менее 120 человек за несколько десятилетий. [75] После ВЦВ в Монтерей-Бей , штат Калифорния, представители здравоохранения предупредили людей не есть определенные части анчоуса, сардин или крабов, пойманных в заливе. [76] В 1987 г. возникла новая болезнь, получившая название отравление моллюсками при амнезии . У людей, которые ели мидии с острова Принца Эдуарда, было обнаружено амнестическое отравление моллюсками . Заболевание было вызвано домоевой кислотой, вырабатываемой диатомовыми водорослями, обнаруженными в районе выращивания мидий. [77]В 2015 году большинство промыслов моллюсков в Вашингтоне, Орегоне и Калифорнии было остановлено из-за высоких концентраций токсичной домовой кислоты в моллюсках. [31] Людей предупреждали, что вдыхание паров волн или ветра во время красного прилива может вызвать приступы астмы или привести к другим респираторным заболеваниям. [78]
Представители сельского хозяйства в Юте обеспокоены тем, что даже сельскохозяйственные культуры могут быть заражены при орошении токсичной водой, хотя они признают, что не могут точно измерить загрязнение из-за множества переменных в сельском хозяйстве. Однако они сделали предупреждения жителям из осторожности. [79]
Людей, как правило, предупреждают, чтобы они не входили в воду и не пили воду после цветения водорослей, а также не позволяли своим домашним животным плавать в воде, поскольку многие домашние животные погибли от цветения водорослей. [35] По крайней мере в одном случае люди начали болеть до того, как были вынесены предупреждения. [80]
В некоторых местах посетителей предупредили, чтобы они даже не касались воды. [4] Лодочникам сказали, что токсины, содержащиеся в воде, можно вдохнуть через брызги ветра или волн. [9] [4] Океанские пляжи, [81] озера [13] и реки были закрыты из-за цветения водорослей. [67] После того, как в 2015 году собака умерла в результате купания в цветущей реке Русской реки в Калифорнии , официальные лица также разместили предупреждения о некоторых частях реки. [82] Кипячение воды дома перед употреблением не выводит токсины. [4]
Ученые из Великобритании, где наблюдается огромный рост токсичных водорослей, подозревают, что питьевая вода из источников, содержащих сине-зеленые водоросли, может способствовать развитию болезни Альцгеймера , Паркинсона или Лу Герига . Однако немногие водоочистные сооружения регулярно проверяют наличие токсинов цианобактерий . [83]
В августе 2014 года город Толедо, штат Огайо, посоветовал своим 500 000 жителей не пить водопроводную воду, поскольку высокий уровень токсинов из-за цветения водорослей в западной части озера Эри повлиял на способность их водоочистных сооружений очищать воду до безопасного уровня. [15] Чрезвычайная ситуация потребовала использования бутилированной воды для всех обычных целей, кроме душа, что серьезно повлияло на общественные службы и коммерческий бизнес. Цветение возобновилось в 2015 году [84] и снова было предсказано на лето 2016 года. [85]
В 2004 году цветение в заливе Кисуму, который является источником питьевой воды для 500 000 человек в Кисуму , Кения , пострадало от аналогичного загрязнения воды. [86] В 2007 году жители Китая перекрыли доступ к воде из-за цветения водорослей в третьем по величине озере Китая, в результате чего 2 миллиона человек стали использовать воду в бутылках. [87] [88] Небольшое отключение воды в Китае два года спустя затронуло 15 000 жителей в другом месте. [89] Австралии в 2016 году также пришлось перекрыть воду фермерам. [90]
Алан Штайнман из Государственного университета Гранд-Вэлли объяснил, что одной из основных причин цветения водорослей в целом и озера Эри в частности является то, что сине-зеленые водоросли процветают с высоким содержанием питательных веществ, а также с теплой и спокойной водой. Озеро Эри более склонно к цветению, потому что оно имеет высокий уровень питательных веществ и мелкое, что заставляет его быстрее прогреваться летом. [91]
Симптомы от употребления токсичной воды могут проявиться в течение нескольких часов после воздействия. Они могут включать тошноту, рвоту и диарею или вызывать головные боли и проблемы с желудочно-кишечным трактом. [13] Отравление для печени может привести к смерти, хотя и редко. [13] Эти симптомы могут привести к обезвоживанию - еще одной серьезной проблеме. В высоких концентрациях токсины в водорослях при простом прикосновении могут вызывать кожную сыпь, раздражать глаза, нос, рот или горло. [4] Тем, у кого есть подозрения на симптомы, рекомендуется вызвать врача, если симптомы не исчезнут или они не могут удерживать жидкость в течение 24 часов.
Считается, что цветение токсичных водорослей играет роль в развитии у людей дегенеративных неврологических расстройств, таких как боковой амиотрофический склероз и болезнь Паркинсона . [92]
Опасности, которые сопровождают вредоносное цветение водорослей, мешают посетителям пользоваться пляжами и озерами в таких местах в США, как Флорида, [81] Калифорния, [4] Вермонт, [93] и Юта. [67] Людей, надеющихся насладиться отпуском или выходными, держали подальше в ущерб местной экономике. На озерах и реках в Северной Дакоте , Миннесоте , Юте, Калифорнии и Огайо были вывешены знаки, предупреждающие о потенциальной опасности для здоровья. [94]
В июле 2016 года Флорида объявила чрезвычайное положение в четырех округах из-за цветения. Утверждается, что они «разрушают» ряд предприятий и влияют на местную экономику, при этом многие из них необходимо полностью закрыть. [95] Некоторые пляжи были закрыты, а бизнес в отелях и ресторанах упал. Также пострадали туристические спортивные мероприятия, такие как рыбалка и катание на лодках. [96] [97] Сенатор Марко Рубио назвал ситуацию во Флориде «чрезвычайной ситуацией в области здравоохранения, экологии и экономики». [98]
Подобные цветения стали более обычным явлением в Европе, и Франция является одной из стран, сообщающих о них. Летом 2009 года пляжи на севере Бретани покрылись тоннами потенциально смертельных гниющих зеленых водорослей. Лошадь, ехавшая по пляжу, упала и умерла от испарений гниющих водорослей. [99]
Экономический ущерб, нанесенный потерянным бизнесом, стал серьезной проблемой. Согласно одному отчету, опубликованному в 2016 году, четыре основных экономических последствия вредоносного цветения водорослей связаны с нанесением ущерба здоровью человека, рыболовству, туризму и отдыху, а также расходами на мониторинг и управление районом, где появляется цветение. [100] По оценкам Агентства по охране окружающей среды, цветение водорослей затрагивает 65 процентов основных эстуариев страны, что обходится ежегодно в 2,2 миллиарда долларов. [79] В США около 166 прибрежных мертвых зон. [79] Поскольку сбор данных был более сложным и ограниченным из источников за пределами США, большинство оценок по состоянию на 2016 год были в основном для США [100]
В портовых городах провинции Шаньдун на востоке Китая жители больше не удивляются, когда ежегодно появляются массовые цветения водорослей и затопляют пляжи. Перед Олимпийскими играми в Пекине в 2008 году более 10 000 человек работали над очисткой пляжей от 20 000 тонн мертвых водорослей. [101] В 2013 году еще одно цветение в Китае, которое считается самым крупным за всю историю [102], охватило площадь в 7500 квадратных миль [101], а в 2015 году последовало еще одно цветение, которое покрыло еще более 13 500 квадратных миль. Считается, что цветение в Китае вызвано загрязнением в результате неочищенных сельскохозяйственных и промышленных стоков в реки, ведущие к океану. [103]
Еще в 1976 году краткосрочная, относительно небольшая, мертвая зона у берегов Нью-Йорка и Нью-Джерси стоила коммерческому и любительскому рыболовству более 500 миллионов долларов. [104] В 1998 году красный прилив в Гонконге унес жизни ценной рыбы на сумму более 10 миллионов долларов. [105]
В 2009 году экономический ущерб прибрежным округам штата Вашингтон, зависящим от его рыбной промышленности, оценивался в 22 миллиона долларов. [106] В 2016 году индустрия морепродуктов США ожидала, что будущая упущенная выгода может составить 900 миллионов долларов ежегодно. [100]
NOAA предоставило несколько оценок затрат на различные виды цветения за последние несколько лет: [107] 10,3 миллиона долларов в 2011 году из-за красного прилива на высадках устриц в Техасе; 2,4 миллиона долларов потерянного дохода от племенной торговли в результате закрытия промыслов на северо-западе Тихого океана в 2015 году; 40 миллионов долларов от убытков штата Вашингтон от туризма из-за закрытия рыбного промысла.
Наряду с ущербом для бизнеса, человеческие болезни приводят к потере заработной платы и повреждению здоровья. Затраты на лечение, исследования, проводимые учреждениями здравоохранения посредством отбора проб и тестирования воды, а также размещение предупреждающих знаков в пострадавших местах также являются дорогостоящими. [108]
Закрытие территорий, где происходит это цветение водорослей, оказывает большое негативное влияние на рыбную промышленность, добавляя к этому высокую смертность рыбы, которая следует за этим, рост цен из-за нехватки доступной рыбы и снижение спроса на морепродукты из-за боязнь заражения токсинами. [109] Это наносит большой экономический ущерб отрасли.
Ожидается рост экономических затрат. Например, в июне 2015 года крупнейшая из известных токсичных ВЦВ привела к остановке производства моллюсков на западном побережье, что было впервые в истории. Один из экспертов NOAA в Сиэтле прокомментировал: «Это беспрецедентно с точки зрения масштабов и масштабов этого вредоносного цветения водорослей и условий теплой воды, которые мы наблюдаем на шельфе…» [110] Цветение охватило диапазон от Санта-Барбары, Калифорния. на север до Аляски . [111]
Число зарегистрированных случаев вредоносного цветения водорослей (цианобактерий) увеличивается во всем мире. [112] В США в каждом прибрежном штате за последнее десятилетие наблюдалось вредоносное цветение водорослей, и в новых местах появились виды, о которых ранее не было известно, что у них есть проблемы. [113] Внутренние крупные реки увеличились в размерах и повторяемости. В 2015 году в реке Огайо произошло цветение, которое распространилось на «беспрецедентные» 650 миль (1050 км) в прилегающие штаты и дал положительный результат на токсины, что создало проблемы с питьевой водой и отдыхом. [114] Часть реки Иордан в штате Юта была закрыта из-за цветения токсичных водорослей в 2016 году. [67]
Исследователи сообщили о росте ВЦВ в Европе, Африке и Австралии. К ним относятся цветы на некоторых из Великих африканских озер , таких как озеро Виктория , второе по величине пресноводное озеро в мире. [86] Индия сообщала об увеличении количества цветков каждый год. [115] В 1977 году Гонконг сообщил о своем первом «красном приливе». К 1987 году они получали в среднем 35 в год. [105] Кроме того, были сообщения о вредоносном цветении водорослей в популярных канадских озерах, таких как Бивер-Лейк и Куамичан. Эти цветы были ответственны за гибель нескольких животных и привели к рекомендациям по плаванию. [116]
Глобальное потепление и загрязнение вызывают цветение водорослей в местах, ранее считавшихся «невозможными» или редкими для их существования, например, под ледяными щитами в Арктике , [117] в Антарктиде , [118] в Гималаях , [119] в Скалистых гор , [120] и в горах Сьерра - Невада . [121]
ВЦВ были вызваны массовой гибелью рыбы. [122] В 2016 году 23 миллиона лососей, выращиваемых в Чили, умерли от цветения токсичных водорослей. [123] Чтобы избавиться от мертвой рыбы, из тех, что пригодны для употребления, были превращены в рыбную муку, а остальная была сброшена в 60 милях от берега, чтобы избежать риска для здоровья человека. [123] Экономические издержки этого вымирания оцениваются в 800 миллионов долларов. [123] Эксперт по окружающей среде Лестер Браун написал, что выращивание лосося и креветок в прибрежных прудах приводит к накоплению отходов, что способствует эвтрофикации и созданию мертвых зон. [124]
Другие страны сообщили о подобных воздействиях: в таких городах, как Рио-де-Жанейро , Бразилия, массовая гибель рыбы в результате цветения становится обычным явлением. [125] В начале 2015 года в Рио было собрано около 50 тонн мертвой рыбы в лагуне, где планировалось провести водные мероприятия на Олимпийских играх 2016 года. [125]
Monterey Bay пострадал от вредного цветения воды, совсем недавно в 2015 году: «Периодическое цветение токсинпродуцирующего Псевдо-Nitzschia . Диатомовые , которые были задокументированы в течение более 25 лет в Монтерей - Бее и в других местах вдоль западного побережья США во время большого расцветает, то токсин накапливается в моллюсках и мелкой рыбе, такой как анчоусы и сардины, которые питаются водорослями, что приводит к закрытию некоторых промыслов и отравляет морских млекопитающих и птиц, питающихся зараженной рыбой ». [126] Подобные случаи гибели рыб из-за токсичных водорослей или недостатка кислорода наблюдались в России, [127] Колумбии, [128] Вьетнаме, [129] Китае, [130] Канаде, [131]Турция, [132] Индонезия, [133] и Франция. [134]
Пострадали наземные животные, в том числе домашний скот и домашние животные. Собаки умерли от токсинов после купания в цветущих водорослях. [135] Предупреждения поступили от государственных органов штата Огайо, которые отметили, что многие собаки и домашний скот погибли в результате воздействия ВЦВ в США и других странах. Они также отметили в отчете за 2003 год, что в течение предыдущих 30 лет они наблюдали более частое и более продолжительное вредоносное цветение водорослей ». [136] В 50 странах и 27 штатах в том году были сообщения о заболеваниях людей и животных, связанных с водорослями. токсины. [136] в Австралии, департамент сельского хозяйства предупредили фермер , что токсины из НАВ имели «потенциал , чтобы убить большое количество скота очень быстро.» [137]
Серьезно пострадали и морские млекопитающие, поскольку более 50 процентов смертей необычных морских млекопитающих вызвано вредоносным цветением водорослей. [138] В 1999 году более 65 афалин погибли во время красного прилива во Флориде. [139] В 2013 году красная волна на юго-западе Флориды убила рекордное количество ламантинов . [140] Киты также погибли в большом количестве. В период с 2005 по 2014 год Аргентина сообщила о гибели в среднем 65 детенышей китов, которые эксперты связывают с цветением водорослей. Эксперт по китам ожидает, что популяция китов значительно сократится. [141] В 2003 году у Кейп-Кодв Северной Атлантике по меньшей мере 12 гигантских китов погибли от токсичных водорослей во время красного прилива. [142] В 2015 году Аляска и Британская Колумбия сообщили, что многие горбатые киты, вероятно, умерли от токсинов ВЦВ, 30 из которых были выброшены на берег на Аляске. «Наша основная теория на данный момент состоит в том, что вредоносное цветение водорослей способствовало гибели людей», - сказал представитель NOAA. [143] [144]
Птицы погибли после поедания мертвой рыбы, зараженной токсичными водорослями. Гниющую и разлагающуюся рыбу едят такие птицы, как пеликаны , чайки , бакланы и, возможно, морские или наземные млекопитающие, которые затем отравляются. [122] Нервная система мертвых птиц была исследована и вышла из строя из-за воздействия токсина. [76] На побережье Орегона и Вашингтона в 2009 году была убита тысяча скутеров , или морских уток. «Это огромно, - сказал профессор университета. [145] Когда умирающих или мертвых птиц выбрасывало на берег, агентства по охране дикой природы перешли в «чрезвычайный кризисный режим». [145]
Было даже высказано предположение, что вредоносное цветение водорослей является причиной гибели животных, обнаруженных в окаменелостях. [146]
Согласно NOAA, цветы могут нанести вред окружающей среде, даже не производя токсинов, истощая кислород из воды во время роста и разлагаясь после смерти. Цветы также могут блокировать солнечный свет для организмов, живущих под ним. Рекордное количество и размер цветков сформировалось на тихоокеанском побережье, в озере Эри, в Чесапикском заливе и в Мексиканском заливе, где в результате образовался ряд мертвых зон. [98] В 1960-х годах в мире было 49 мертвых зон; к 2008 году их число превысило 400. [104] В США они особенно распространены вдоль восточного и южного побережья. [104]
Различные важные естественные среды обитания, такие как реки, озера и эстуарии , продолжали деградировать и способствовали созданию более бедных кислородом мертвых зон , в том числе в Мексиканском заливе, Чесапикском заливе и озере Эри. [147] [148]
Среди самых крупных мертвых зон были зоны в Балтийском море и Мексиканском заливе на севере Европы , которые влияют на рыбную промышленность США с оборотом 2,8 миллиарда долларов. [86] К сожалению, мертвые зоны редко восстанавливаются и обычно увеличиваются в размерах. [104] Одной из немногих мертвых зон, которые когда-либо могли восстановиться, было Черное море , которое довольно быстро вернулось в норму после распада Советского Союза в 1990-х годах из-за сокращения использования удобрений. [104]
В конце августа 2019 года озеро Чиппева на северо-востоке Огайо стало первым озером в США, где успешно прошла испытания нового химического средства очистки. Химическая формула уничтожила все токсичные водоросли в озере за один день. Формула (от BlueGreen Water Technologies ) уже использовалась в Китае, Южной Африке и Израиле. [149]
Хотя ряд альгицидов был эффективен в уничтожении водорослей, они использовались в основном в небольших водоемах. Однако при большом цветении водорослей добавление альгицидов, таких как нитрат серебра или сульфат меди, может иметь худшие последствия, например, полное уничтожение рыбы и нанесение вреда другим животным. [150] Следовательно, негативные последствия могут быть хуже, чем естественное отмирание водорослей. [150] [151]
В феврале 2020 года плотина Роодеплат в провинции Гаутенг , Южная Африка, была обработана новым составом альгицида (от BlueGreen Water Technologies ) против сильного цветения Microcystis sp. Этот состав позволяет гранулированному продукту плавать и медленно высвобождать его активный ингредиент, перкарбонат натрия , который выделяет перекись водорода (H 2 O 2 ) на поверхности воды. Следовательно, эффективные концентрации ограничены по вертикали поверхностью воды; и пространственно в области, где цианобактериив изобилии. Это обеспечивает водным организмам «безопасную гавань» в необработанных областях и позволяет избежать неблагоприятных последствий, связанных с использованием стандартных альгицидов . [152]
Другие эксперты предложили построить водоемы, чтобы предотвратить перемещение водорослей вниз по течению. Однако это может привести к росту водорослей в резервуаре, которые становятся ловушками для отложений, что приводит к накоплению питательных веществ. [150] Некоторые исследователи обнаружили, что интенсивное цветение в водоемах было основным источником токсичных водорослей, наблюдаемых ниже по течению, но перемещение водорослей до сих пор менее изучено, хотя считается вероятной причиной переноса водорослей. [151] [153]
Все большее число ученых соглашается с тем, что существует острая необходимость в защите населения путем прогнозирования вредоносного цветения водорослей. [154] Один из способов, которым они надеются добиться этого, - использование сложных датчиков, которые могут помочь предупредить о потенциальном цветении. [155] Те же типы датчиков могут также использоваться водоочистными сооружениями, чтобы помочь им подготовиться к более высоким уровням токсичности. [154] [156]
Единственные используемые датчики находятся в Мексиканском заливе. В 2008 году аналогичные датчики в Персидском заливе предупредили о повышенном уровне токсинов, что привело к прекращению добычи моллюсков в Техасе вместе с отзывом мидий, моллюсков и устриц, что, возможно, спасло многие жизни. Эксперты заявляют, что в связи с увеличением размеров и частотой ВЦВ возникает необходимость в значительно большем количестве датчиков, расположенных по всей стране. [154] Те же типы датчиков могут также использоваться для обнаружения угроз для питьевой воды от преднамеренного загрязнения. [157]
Технологии спутникового и дистанционного зондирования приобретают все большее значение для мониторинга, отслеживания и обнаружения ВЦВ. [158] [159] [160] Четыре федеральных агентства США - EPA, Национальное управление по аэронавтике и исследованию космического пространства (NASA), NOAA и Геологическая служба США (USGS) - работают над способами обнаружения и измерения цветения цианобактерий с использованием спутниковых данных. . [161] Эти данные могут помочь в разработке индикаторов раннего предупреждения о цветении цианобактерий путем мониторинга как местного, так и национального охвата. [162] В 2016 году автоматизированные системы мониторинга раннего предупреждения были успешно протестированы, и впервые было доказано, что они выявляют быстрый рост водорослей и последующее истощение кислорода в воде.[163]
Однако, по крайней мере, в США финансирование таких предупреждающих устройств сокращается: утвержденное финансирование сократилось на 45% за последние пять лет. [ когда? ] По словам одного профессора морских наук: «Нам это нужно больше, чем когда-либо, и мы оказались на грани того, чтобы делать отличные прогнозы, но мы не можем этого сделать». [154]
Нитраты и фосфор в удобрениях вызывают цветение водорослей, когда они стекают в озера и реки после проливных дождей. Были предложены модификации методов ведения сельского хозяйства, такие как использование удобрений только целевым образом в подходящее время, именно там, где они могут принести наибольшую пользу урожаю, чтобы уменьшить потенциальный сток. [164] Успешно применяемым методом является капельное орошение , при котором вместо широкого распыления удобрений на полях проводится капельное орошение корней растений через сеть трубок и эмиттеров, не оставляя следов удобрений, которые необходимо смыть. [165] По данным Организации экономического сотрудничества и развития (ОЭСР), капельное орошение также предотвращает образование цветения водорослей в водоемах.для питьевой воды [166] при экономии до 50% воды, обычно используемой в сельском хозяйстве. [167]
Также были предложения создать буферные зоны из листвы и заболоченных земель, чтобы помочь отфильтровать фосфор до того, как он достигнет воды. [164] Другие эксперты предлагали использовать консервативную обработку почвы, изменять севооборот и восстанавливать водно-болотные угодья. [164] «Самое важное, что можно сделать, - это уменьшить сток сельскохозяйственных культур», - считает эксперт по загрязнению Великих озер. «Профилактика лучше лечения». [164] Другой эксперт утверждает, что некоторые мертвые зоны могут сократиться в течение года при правильном управлении. [168]
Было несколько историй успеха в борьбе с химическими веществами. Например, после того, как норвежский промысел омаров в 1986 году прекратился из-за низкого уровня кислорода, правительство соседней Дании приняло меры и снизило выход фосфора на 80 процентов, что приблизило уровень кислорода к норме. [168] Точно так же мертвые зоны в Черном море и вдоль реки Дунай восстановились после того, как фермерами были внесены фосфор, они были сокращены на 60%. [168]
В 2008 году правительство США подготовило отчет по проблеме «Управление вредоносным цветением водорослей и ответные меры: оценка и план». [169] Изменение признало серьезность проблемы:
Широко распространено мнение, что частота и географическое распространение ВЦВ увеличиваются во всем мире. Все прибрежные штаты США испытали ВЦВ за последнее десятилетие, и в некоторых местах появились новые виды, о которых ранее не было известно, что они вызывают проблемы. Считается, что частота ВЦВ также увеличивается в пресноводных системах. [169]
В отчете предлагалось, среди прочего, использовать улучшенные методы мониторинга, попытаться улучшить предсказуемость и протестировать новые потенциальные методы контроля ВЦВ. [169] Некоторые страны, окружающие Балтийское море, которое имеет самую большую мертвую зону в мире, рассматривают возможность использования массивных вариантов геоинженерии, таких как нагнетание воздуха в нижние слои для их аэрации. [104]
В 2015 году NOAA учредило 12 новых исследовательских грантов на общую сумму почти 2,1 миллиона долларов, которые они предоставят национальным организациям, занимающимся исследованиями вредоносного цветения водорослей и гипоксии, которые они считают «двумя из наиболее сложных с научной точки зрения и экономически разрушительных прибрежных проблем». [113]
В большинстве стран, штатов и крупных городов есть департаменты, которые помогают отслеживать случаи цветения водорослей и сообщать о них. В Центры по контролю и профилактике заболеваний (CDC) в США запустили первую систему водорослевые отчетности цветение страны в июне 2016 года [170] Экологические агентства в отдельных штатах США будут принимать отчеты расцветает от граждан и будет работать с городами для проверки и отчета инциденты в СМИ. Несколько примеров:
По закону, ливневые сбросы сельскохозяйственных вод и возвратные потоки от орошаемого земледелия не являются «точечными источниками».