For nesten nøyaktig tre år siden, i august 2014, fikk innbyggerne i Toledo, Ohio beskjed om å slutte å drikke byvannet umiddelbart. Rådgivningen om "ikke drikk" varte i tre dager, og sendte innbyggere over statlige linjer på jakt etter flaskevann. Nesten en halv million mennesker ble rammet.
Den skyldige? En blågrønne alger kalt cyanobakterier i Lake Erie, byens vannforsyning. Når forholdene er riktige, blomstrer cyanobakterier i store, slamete matter. Disse blomstrene kan produsere et giftstoff som kalles mikrocystin, som forårsaker en rekke helseeffekter hos mennesker, alt fra utslett og diaré til leverskade. På grunn av klimaendringer og menneskelige påvirkninger som avrenning fra landbruket, blir disse giftige blomstrene vanligere.
"Problemet er virkelig verdensomspennende, " sier vannøkolog Tom Johengen, assisterende direktør for Cooperative Institute for Great Lakes Research ved University of Michigan.
Johengen og kollegene håper Lake Erie, en av de mest rammede innsjøene i Amerika, kan være en av de første som drar nytte av en ny løsning. De eksperimenterer med en ny teknologi - et "robotlaboratorium" ved innsjøen - for å teste vann og gi informasjon og tidlige advarsler om forurensning.
Teknologien kalles en miljøprøveprosessor, eller ESP, og er plassert på innsjøen bunnen fire miles fra vanninntaket for Toledo kommunale vannforsyning. Ser den heller ut som en industriell søppelkomprimator, blir ESP noen ganger beskrevet som et "laboratorium i en boks." Den helautomatiske ESP tester vannet en eller to ganger om dagen, og sender resultatene trådløst til forskere.
Dette er mye raskere enn den tradisjonelle prosessen, som involverer forskere som reiser med båt til forskjellige steder, samler, filtrerer og henter ut vanningsprøver, for deretter å analysere dem for giftstoffer. Det kan ta opptil to dager. Og mens vannbehandlingsanlegg også overvåker forsyningen for giftstoffer, tester de vannet på inntakspunktet. Dette betyr at hvis de finner noe, er det allerede i vannbehandlingsanlegget. Lab-in-a-can kan gi opp til en dag med advarsel om næring av algtoksiner.
Lake Eries ESP er den første i sitt slag som brukes i et ferskvannssystem. Det finnes lignende laboratorier utenfor kysten av Maine og Washington, så vel som andre steder, hovedsakelig brukt til å overvåke for giftstoffer som kan påvirke skalldyr. Forskning fra Stanford har vist at ESP-er kan bidra til å varsle fiskere og fritidsbåtfolk i et saltvannsoppsett tidlig, og la dem få vite at vannet og fisken i det kan være forurenset. Men etter hvert som blomstring av cyanobakterier blir verre, sier forskere at ESP-er sannsynligvis vil bli mer vanlig i ferskvann.
Klimaendringene vil forverre problemet av to grunner, sier Johengen. Den første er oppvarmende farvann. Cyanobakterier liker varme, og trives i temperaturer over 68 grader Fahrenheit. Andre alger foretrekker kjøligere temperaturer, så når vannet blir varmt nok, begynner cyanobakterier å utkonkurrere dem og ta over store områder. Den andre grunnen er avrenning. Klimaendringene endrer værmønster og gir mer intense stormer. Kraftig nedbør genererer mye avrenning fra landbruket, og drenerer gjødsel fra gårdsbruk til vannforsyningen. Cyanobakterier sluker og trives med disse næringsstoffene.
"Kombinasjonen av varmere farvann og høye innganger fra avrenning kan virkelig fremkalle disse oppblomstringene, " sier Johengen.
Forskerne håper å bruke ESP-dataene i forbindelse med datamodeller for å forstå nøyaktig hvordan cyanobakteriene blomstrer oppfører seg. De planlegger å spore blomstrende bevegelse både horisontalt og vertikalt i vannet ved å bruke informasjon om strømmer og vind. Dette er viktig fordi plasseringen og bevegelsen av en blomst kan forutsi hvordan den kan påvirke mennesker. En overflateoppblomstring kan bare påvirke rekreasjon av vann, noe som betyr at svømmere og båtfolk bør varsles. Men en blomst som blir drevet dypt av strømmer kan påvirke vannforsyningen, ettersom renseanlegg generelt inntar vannet fra nær bunnen. Til syvende og sist håper forskerne å bruke dataene for å forhindre oppblomstring så mye som mulig.
"Blodutryddelse vil sannsynligvis aldri skje, men vi kan absolutt redusere størrelsen og virkningen av disse blomstrene, " sier Tim Davis, en økolog som tidligere var fra National Oceanic and Atmospheric Administrations (NOAA) Great Lakes Environmental Research Laboratory.
Prosjektet, et samarbeid mellom Cooperative Institute for Great Lakes Research, NOAAs Great Lakes Environmental Research Laboratory i Ann Arbor, NOAAs National Centers for Coastal Ocean Science og Monterey Bay Aquarium Research Institute, planlegger å bringe ytterligere to ESP-er til Lake Erie. To vil bli distribuert hele tiden, og en tredje kan roteres inn etter behov.
ESP-ene er ikke en "sølvkule, " sier Davis. Forskere vil fortsatt foreta ukentlig overvåking for å få et større utvalg av informasjon om vannet flere steder, ikke bare der ESP er utplassert. Men han og kollegene tror lignende teknologier vil bli vanligere etter hvert som de blir mindre og billigere. Akkurat nå veier en ESP rundt 1 000 pund og koster 375 000 dollar.
Noen elleve millioner mennesker bor ved bredden av innsjøen Erie, den grunteste og derfor varmeste og mest algenutsatte av de store innsjøene. Alle står for å bli påvirket av økende giftige blomster. Det gjør også innbyggere i nærheten av mange andre amerikanske innsjøer, inkludert enorme vannmasser som Lake Okeechobee i Florida og Utah Lake, nær Salt Lake City. Budsjettkutt og avslapning av miljøforskrifter under den nåværende administrasjonen kan føre til planer for vannrensing, slik at innsjøer blir mer utsatt for giftstoffer. Med ESP-er kan kanskje innbyggere i det minste få en advarsel før giftstoffene kommer i drikkevannet.
