Исследование опубликовано в раннем онлайн-выпуске Proceedings of the National Academy of Sciences за неделю от 1 апреля 2013 г.
«Идеальный шторм погодных явлений и методов ведения сельского хозяйства, произошедший в 2011 году, к сожалению, согласуется с текущими тенденциями, а это означает, что в будущем можно ожидать еще большего масштабного цветения водорослей, если для региона не будет реализован научно обоснованный план управления», – отметил Михалак.
Цветение пресноводных водорослей может быть результатом добавления в воду чрезмерного количества фосфора и азота, как правило, в виде стока от удобренных сельскохозяйственных культур. Эти избыточные питательные вещества способствуют необычному росту водорослей и водных растений.
Когда растения и водоросли умирают, разлагатели, которые ими питаются, расходуют кислород, который может упасть до уровня, слишком низкого для процветания водной флоры и фауны. Вначале водоросли озера Эри были почти полностью микроцитами, организмом, который вырабатывает токсин для печени и может вызывать раздражение кожи.
Ученые объединили отбор проб и спутниковые наблюдения за озером с компьютерным моделированием. Цветение началось в западном регионе в середине июля и охватило площадь в 230 квадратных миль (600 км2). На пике в октябре цветение распространилось до более чем 5000 квадратных миль (5000 км2). Его пиковая интенсивность была более чем в 3 раза выше, чем у любого другого зарегистрированного цветения.
Исследователи рассмотрели множество факторов, которые могли способствовать цветению, включая землепользование, методы ведения сельского хозяйства, сток, ветер, температуру, осадки и циркуляцию.
Использование трех сельскохозяйственных методов управления питательными веществами в этой области может привести к увеличению стока питательных веществ: осеннее удобрение, внесение удобрений и сокращение обработки почвы. Эта практика расширилась в регионе за последнее десятилетие.
Осенью 2010 года условия были идеальными для сбора урожая и подготовки полей, а также увеличения количества удобрений для весеннего посева. Следующей весной серия сильных штормов вызвала утечку большого количества фосфора в озеро.
Только в мае осадков выпало более 6 раз.5 дюймов (170 мм), что более чем на 75% выше предыдущего 20-летнего среднего значения за месяц. Это нападение привело к одной из самых больших наблюдаемых весенних нагрузок фосфора с 1975 года, когда начался интенсивный мониторинг.
Озеро Эри до цветения не было необычно спокойным и теплым. Но после начала цветения более теплая вода и более слабые течения способствовали более продуктивному цветению, чем в предыдущие годы.
Более длительный период слабой циркуляции и более высокие температуры помогли инкубировать цветение и позволили Microcytsis оставаться в верхней части водяного столба. Это имело дополнительный эффект предотвращения вымывания питательных веществ из системы.
Данные исследователей не подтверждают идею о том, что выбор землепользования и сельскохозяйственных культур способствовал увеличению стока питательных веществ, который подпитывал цветение.
Чтобы определить вероятность будущих мегацветений, ученые проанализировали моделирование климата как в прошлых, так и в будущих климатических условиях. Они обнаружили, что сильные штормы станут более вероятными в будущем с увеличением на 50% частоты выпадения осадков в год.80 дюймов (20 мм) или больше дождя. Более сильные штормы, более 1.2 дюйма (30 мм) дождя, может быть в два раза чаще.
Авторы полагают, что в будущем спокойные условия со слабой циркуляцией в озере после начала цветения также, вероятно, сохранятся, поскольку текущие тенденции показывают снижение скорости ветра через U.S. Это приведет к более продолжительному цветению и уменьшению перемешивания в толще воды.
«Хотя будущие сильные штормы могут быть частью новой нормы», – заметил Михалак. "Можно было бы применить более эффективные методы управления, чтобы облегчить эту проблему."
Этот материал основан на работе, поддержанной Программой устойчивого развития водных ресурсов и климата Национального научного фонда в рамках гранта №. 1039043, Экстремальные явления влияют на качество воды в Великих озерах: прогнозирование и управление нагрузкой питательными веществами в меняющемся климате, см .: http: // www.неудачник.umich.edu / nsfclimate. Дополнительная поддержка для некоторых соавторов была оказана грантом NSF 0927643, грантом NOAA Center for Sponsored Coastal Ocean Research грант NA07OAR432000 и Фондом защиты озера Эри №SG 406-2011.