Vor fast genau drei Jahren, im August 2014, wurde den Einwohnern von Toledo, Ohio, gesagt, sie sollten sofort aufhören, ihr Stadtwasser zu trinken. Der Ratschlag, nicht zu trinken, dauerte drei Tage und schickte die Bewohner über die Staatsgrenzen auf die Suche nach Wasser in Flaschen. Fast eine halbe Million Menschen waren betroffen.
Der Täter? Eine blaugrüne Alge namens Cyanobakterien im Eriesee, der Wasserversorgung der Stadt. Wenn die Bedingungen stimmen, blühen Cyanobakterien zu großen, matschigen Matten auf. Diese Blüten können ein Toxin namens Microcystin produzieren, das beim Menschen eine Reihe von gesundheitlichen Auswirkungen hat, die von Hautausschlägen und Durchfall bis hin zu Leberschäden reichen. Aufgrund des Klimawandels und menschlicher Einflüsse wie landwirtschaftlicher Abflüsse werden diese giftigen Blüten immer häufiger.
"Das Problem ist wirklich weltweit", sagt der Wasserökologe Tom Johengen, stellvertretender Direktor des Genossenschaftlichen Instituts für Great Lakes Research an der Universität von Michigan.
Johengen und seine Kollegen hoffen, dass der Eriesee, einer der am schlimmsten betroffenen Seen in Amerika, einer der ersten ist, der von einer neuen Lösung profitiert. Sie experimentieren mit einer neuen Technologie - einem „Roboterlabor“ am Seegrund -, um Wasser zu testen, Informationen zu geben und frühzeitig vor Verschmutzung zu warnen.
Die Technologie wird als Environmental Sample Processor (ESP) bezeichnet und befindet sich auf dem Seegrund, vier Meilen vom Wassereinlass der städtischen Wasserversorgung von Toledo entfernt. Das ESP ähnelt einem industriellen Müllverdichter und wird manchmal als "Labor in der Dose" bezeichnet. Das vollautomatische ESP prüft das Wasser ein- oder zweimal täglich und sendet die Ergebnisse drahtlos an die Forscher.
Dies ist viel schneller als das herkömmliche Verfahren, bei dem Forscher mit dem Boot zu verschiedenen Orten reisen, um Wasserproben zu sammeln, zu filtern, zu extrahieren und anschließend auf Toxine zu analysieren. Das kann bis zu zwei Tage dauern. Und während Wasseraufbereitungsanlagen ihre Giftstoffversorgung überwachen, testen sie das Wasser an der Einlassstelle. Das heißt, wenn sie etwas finden, befindet es sich bereits im Wesentlichen in der Wasseraufbereitungsanlage. Das Labor in der Dose könnte bis zu einem Tag der Warnung vor dem Herannahen von Algentoxinen aufgeben.
Lake Eries ESP ist das erste seiner Art, das in einem Süßwassersystem eingesetzt wird. Es gibt ähnliche Labore vor den Küsten von Maine und Washington sowie an anderen Orten, die hauptsächlich zur Überwachung auf Toxine verwendet werden, die sich auf Schalentiere auswirken könnten. Untersuchungen von Stanford haben gezeigt, dass ESPs dazu beitragen können, Fischer und Freizeitschifffahrer im Salzwasser frühzeitig zu warnen, indem sie ihnen mitteilen, dass das Wasser und die darin befindlichen Fische möglicherweise kontaminiert sind. Mit zunehmender Verschlechterung der Blüte von Cyanobakterien dürften BWS in Süßwasser häufiger auftreten.
Der Klimawandel wird das Problem aus zwei Gründen verschärfen, sagt Johengen. Das erste ist das Erwärmen des Wassers. Cyanobakterien mögen Wärme und gedeihen bei Temperaturen über 68 Grad Fahrenheit. Andere Algen bevorzugen kühlere Temperaturen. Wenn das Wasser warm genug wird, beginnen die Cyanobakterien, sich gegen sie zu behaupten und große Flächen zu besetzen. Der zweite Grund ist Abfluss. Der Klimawandel verändert das Wetter und erzeugt intensivere Stürme. Starke Regenfälle erzeugen viel landwirtschaftlichen Abfluss und leiten Düngemittel von den Farmen in die Wasserversorgung ab. Cyanobakterien fressen und ernähren sich von diesen Nährstoffen.
„Die Kombination aus wärmerem Wasser und hohem Abfluss kann diese Blüten wirklich entzünden“, sagt Johengen.
Die Forscher hoffen, anhand der ESP-Daten in Verbindung mit Computermodellen genau zu verstehen, wie sich die Cyanobakterienblüten verhalten. Sie planen, die Blütenbewegung sowohl horizontal als auch vertikal im Wasser zu verfolgen und dabei Informationen über Strömungen und Wind zu verwenden. Dies ist wichtig, da die Position und Bewegung einer Blüte vorhersagen kann, wie sie sich auf den Menschen auswirken könnte. Eine Oberflächenblüte kann sich nur auf die Erholung des Wassers auswirken, was bedeutet, dass Schwimmer und Bootsfahrer gewarnt werden sollten. Eine Blüte, die durch Strömungen tief getrieben wird, kann jedoch die Wasserversorgung beeinträchtigen, da Kläranlagen ihr Wasser in der Regel von nah am Boden aufnehmen. Letztendlich hoffen die Forscher, die Daten zu nutzen, um Blütenbildung so weit wie möglich zu verhindern.
„Die Ausrottung von Blüten wird wahrscheinlich nie stattfinden, aber wir können die Größe und die Auswirkung dieser Blüten absolut reduzieren“, sagt Tim Davis, ein Ökologe, der zuvor im Great Lakes Environmental Research Laboratory der National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA) tätig war.
Das Projekt, eine Zusammenarbeit zwischen dem Kooperativen Institut für Great Lakes-Forschung, dem Great Lakes-Umweltforschungslabor der NOAA in Ann Arbor, den National Centers for Coastal Ocean Science der NOAA und dem Monterey Bay Aquarium Research Institute, sieht vor, zwei weitere ESPs an den Eriesee zu bringen. Zwei werden ständig eingesetzt, und ein dritter kann nach Bedarf gedreht werden.
Die ESPs sind keine "Wunderwaffe", sagt Davis. Die Forscher werden weiterhin wöchentlich überwachen, um eine größere Vielfalt an Informationen über das Wasser an mehreren Standorten zu erhalten, nicht nur dort, wo das ESP eingesetzt wird. Er und seine Kollegen glauben jedoch, dass ähnliche Technologien immer häufiger eingesetzt werden, je kleiner und billiger sie werden. Derzeit wiegt ein ESP ungefähr 1.000 Pfund und kostet 375.000 USD.
An den Ufern des Eriesees, dem flachsten und damit wärmsten und algenreichsten der Großen Seen, leben rund elf Millionen Menschen. Alle neigen dazu, von zunehmenden giftigen Blüten befallen zu werden. Anwohner in der Nähe vieler anderer amerikanischer Seen, einschließlich riesiger Gewässer wie Lake Okeechobee in Florida und Utah Lake in der Nähe von Salt Lake City. Budgetkürzungen und die Lockerung der Umweltvorschriften unter der derzeitigen Verwaltung könnten Pläne zur Wasseraufbereitung zunichte machen und Seen noch anfälliger für Giftstoffe machen. Mit ESPs können Bewohner möglicherweise zumindest eine Warnung erhalten, bevor die Giftstoffe in ihr Trinkwasser gelangen.
