Вредоносное цветение водорослей, которое, как известно, представляет опасность для здоровья человека и окружающей среды в крупных пресноводных водохранилищах и озерах, по прогнозам, увеличится из-за изменения климата, по мнению группы исследователей под руководством ученого из Университета Тафтса.
Команда разработала модель моделирования, которая предсказывает, что наибольшее увеличение цветения вредных цианобактериальных водорослей (CyanoHAB) произойдет в северо-восточном регионе США, но самый большой экономический ущерб почувствуют зоны отдыха на юго-востоке..
Исследование, опубликованное сегодня в журнале Environmental Science & Technology, является частью более масштабных, продолжающихся усилий ученых по количественной оценке и монетизации степени, в которой изменение климата повлияет и нанесет ущерб различным секторам США.
«Некоторые из самых серьезных воздействий CyanoHAB будут происходить в более сельских регионах, например, на юго-востоке и Среднем Западе - в районах, которые не часто упоминаются в разговорах о неизбежных последствиях изменения климата», - сказал Стивен С. Чапра, доктор философии, ведущий автор и заведующий кафедрой гражданской и экологической инженерии Луи Бергера в Инженерной школе Тафтса. «Воздействие изменения климата выходит далеко за рамки повышения температуры воздуха, повышения уровня моря и таяния ледников».
"Наше исследование показывает, что более высокая температура воды, изменения в количестве осадков и увеличение поступления питательных веществ в совокупности будут вызывать более частое цветение вредных водорослей в будущем", - добавил он..
Цианобактерии - древнейшие фотосинтезирующие кислородсодержащие организмы на Земле. На протяжении всей своей 3,5-миллиардной истории эволюции эти организмы доказали свою устойчивость и способность адаптироваться к широкому диапазону климатических условий. Следовательно, многие цианобактерии демонстрируют оптимальные возможности роста и цветения при более высоких температурах воды по сравнению с другими водными растениями. Поэтому глобальное потепление играет ключевую роль в их распространении и сохранении, сказал Чапра.
Чтобы охватить диапазон возможных вариантов будущего, в анализе использовались прогнозы изменения климата на основе пяти моделей общей циркуляции, двух сценариев выбросов парниковых газов и двух сценариев роста цианобактерий. Это одно из немногих исследований, в котором климатические прогнозы сочетаются с моделью гидрологической сети/качества воды озер и водохранилищ США. Подход к моделированию уникален своей практикой объединения климатических, гидрологических моделей и моделей качества воды в единую вычислительную структуру, которая применяется в национальном масштабе.
Цепочка моделей начинается с проекций альтернативных будущих климатов на основе моделей общей циркуляции (МОЦ). Прогнозы температуры и осадков МОЦ затем вводятся в две другие модели:
- модель дождевого стока для имитации месячного стока в каждом из 2 119 водоразделов континентальной части США; и
- модель спроса на воду, которая прогнозирует потребности в воде муниципального, промышленного и сельскохозяйственного секторов каждого водосборного бассейна. Учитывая эти прогнозы стока и спроса, модель систем водных ресурсов создает временные ряды распределения запасов, попусков и потребностей в водохранилищах (например, сельское хозяйство, экологические стоки и гидроэнергетика)..
Наконец, эти водные потоки и состояния резервуаров вводятся в модель качества воды для имитации ряда характеристик качества воды, включая концентрации цианобактерий, в каждом из национальных водоемов. Конечным результатом является структура, которая может предсказать комбинированное влияние климата, роста населения и других факторов на качество воды в будущем для различных U. С. регионы.
Было подсчитано, что озера и водохранилища, служащие источниками питьевой воды для 30-48 миллионов американцев, могут периодически загрязняться токсинами водорослей. Исследователи привели пример в 2014 году, когда почти 500 000 жителей Толедо, штат Огайо, лишились доступа к питьевой воде после того, как вода, взятая из озера Эри, обнаружила присутствие цианотоксинов.
Помимо воздействия на здоровье человека, цианогабы имеют множество негативных последствий для водных экосистем, включая образование неприглядной поверхностной пены и сокращение рекреационного использования и доступа к береговой линии. Кроме того, поскольку большинство цианобактерий несъедобны для зоопланктона и планктоноядных рыб, они представляют собой «тупик» в водной пищевой цепи - сценарий, который в конечном итоге наносит ущерб как коммерческому, так и любительскому рыболовству.
Чапра отметил, что исследования показывают, что по мере повышения температуры воды потребуется более строгий и дорогостоящий контроль содержания питательных веществ, чтобы поддерживать текущее качество воды.
«Исследование представляет собой структуру, которая предлагает понимание причинно-следственных связей, чтобы помочь в планировании, политике и выявлении пробелов в данных для будущих исследований», - сказал Чапра.