Innovatives Unterwasserfahrzeug von Xylem gibt neue Einblicke in schädliche Algenblüten
Das Fahrzeug lieferte den Forschern in Clear Lake, Kalifornien, unübertroffene, nie zuvor erfasste Daten des gesamten Sees.
Schädliche Algenblüten (harmful algan blooms – HABs) kommen in Clear Lake, Kalifornien, so häufig vor, dass er einer der am stärksten überwachten Seen in Nordamerika ist. Um besser zu verstehen, was die Algenblüten im See verursacht, setzten Forscher der University of Southern California in Los Angeles (USC) und des Southern California Coastal Water Research Project (SCCWRP) den i3XO EcoMapper der Xylem Marke YSI ein. Dieses autonome Fahrzeug fuhr unter Wasser sämtliche Bereiche des Sees ab und erfasste Daten über Tiefe, Wasserqualität und Temperatur, was den Forschern einzigartige, detaillierte Daten über die Algenblüten lieferte.
Algen sind zwar für das Leben auf der Erde von grundlegender Bedeutung und produzieren 50 % des Sauerstoffs in der Erdatmosphäre, manche Algenarten können jedoch auch Giftstoffe produzieren. Wenn diese Algen ungebremst wachsen, kommt es zu HABs, die eine der größten globalen Bedrohungen für die Qualität des Oberflächenwassers darstellen. Die Auswirkungen dieser schädlichen Algenblüten können von Geschmacks- und Geruchsproblemen im Trinkwasser bis hin zur Produktion starker Toxine reichen, die die Gesundheit von Tieren und Menschen gefährden können.
Es gibt zahlreiche Algenarten, die Toxine produzieren, und jede Art gedeiht unter unterschiedlichen Umweltbedingungen. Die Hauptursachen für HABs sind gut dokumentiert, wie beispielsweise eine übermäßige Nährstoffbelastung in Gewässern, insbesondere in Form von Stickstoff und Phosphor. Außerdem können wärmere Temperaturen aufgrund des Klimawandels, Toxin produzierenden Algen Vorteile verschaffen.
Die Herausforderungen bei der Untersuchung schädlicher Algenblüten im Clear Lake
Der Clear Lake ist mit einer Fläche von 27,4 Quadratkilometern der größte Süßwassersee Kaliforniens, und mit rund 2,5 Millionen Jahren ist er auch der älteste See Nordamerikas. HABs sind für die Gemeinde Clear Lake von besonderer Bedeutung, da 18 Trinkwasserversorgungsunternehmen den See als Wasserquelle nutzen, um mehr als 40.000 Einwohner zu versorgen.
Es ist wissenschaftlich erwiesen, dass die HABs im See temperaturbedingt und eine Folge von Eutrophierung sein können – einem Zustand, bei dem übermäßiges Pflanzen- und Algenwachstum unter anderem durch Nährstoffdünger verursacht wird. Forscher stoßen bei ihrem Versuch, die Algenblüte zu verstehen, auf Schwierigkeiten aufgrund der Daten, die sie aus diskreten Proben erhalten sowie durch die Form des Sees, der aus drei Armen besteht, in denen unterschiedliche Voraussetzungen herrschen.
Während einzelne Proben wichtige Informationen über den See an einem bestimmten Ort und zu einer bestimmten Zeit liefern, benötigen die Forscher auch Kenntnisse darüber, wie die physikalische Struktur des Sees und die Dynamik des Wassers in unterschiedlichen Tiefen – seine Wassersäule – zur Algenblüte beitragen.
Eine neue Forschungsstudie mit innovativer Technologie
Die aktuelle Studie in Clear Lake hatte das Ziel, einige dieser Herausforderungen mit der YSI-Technologie von Xylem zu meistern. Eines der Hauptziele der Studie war es, neue Daten über die Wassersäule und die Umweltparameter mit Daten aus diskreten Wasserproben zu verknüpfen.
„Wenn wir diese unterschiedlichen Informationen über Raum und Zeit miteinander verknüpfen können, werden sie einzigartige Informationen über die Artenabfolge und die trophischen Interaktionen im Plankton von Clear Lake liefern“, schreibt Dr. David Caron von der University of Southern California und leitender Forscher über die Studie.
Diese Daten über einen See von der Größe des Clear Lake zu korrelieren, ist nicht einfach, aber für das Verständnis der biologischen Prozesse, die zu Blüten und Toxinen führen, unerlässlich. Die Studie zielte auch darauf ab, Forschern zu helfen, Orte zum Sammeln diskreter Proben zu priorisieren, da dies ein kostspieliger Prozess sein kann.
Die Forscher arbeiteten mit Xylem zusammen, um die HABs des Sees mit dem i3XO EcoMapper von YSI aufzuzeichnen, einem autonomen Unterwasserfahrzeug (AUV) der nächsten Generation, mit hoher Genauigkeit. Das i3XO erstellt hochauflösende Karten von Wasserqualität, Wasserströmungen und Wassertiefe und ist eine Kombination aus der neuesten AUV-Technologie und der EXO-Plattform von YSI, einem intelligenten und praxisnahen Wasserüberwachungssystem.
Den See auf zwei verschiedenen Ebenen studieren
Die Studie der Forscher sollte den See auf zwei sehr unterschiedlichen räumlichen Ebenen überwachen. Die erste Untersuchung wurde entlang der Hauptachsen der drei Arme des Clear Lake durchgeführt, um die Eigenschaften des Sees zu untersuchen. Die zweite Untersuchung war eine hochauflösende Kartierung eines Teils einer Bucht im unteren Arm des Sees, um die Verbreitung von Blaualgen (Cyanobakterien) und deren Toxinen im Detail zu untersuchen.
Für die Untersuchungen wurde die volle Sensorkapazität des i3XO genutzt. Jedes i3XO ist mit einer YSI EXO1-Sonde mit Sensoren für Leitfähigkeit/Temperatur, Gesamtalgenmenge, gelösten Sauerstoff und pH-Wert ausgestattet. Die Instrumentendaten wurden verwendet, um 2D-Darstellungen der Wassersäule zu erstellen, während sich das Fahrzeug automatisch in unterschiedlichen Tiefen durch den See bewegte. Die lange Batterielebensdauer und das genaue Navigationssystem des Fahrzeugs ermöglichten, dass es länger unter Wasser bleiben konnte und somit die Datenerfassung maximierte. Bei einem Einsatz benötigte das Fahrzeug etwa 6,5 Stunden, um mehr als 34 km des Clear Lake abzufahren.
Clear Lake mit neuen Augen sehen
Die i3XO-Einsätze lieferten unübertroffene, einzigartige Erkundungsdaten über den See und seine schädlichen Algenblüten. Die Forscher haben nun ein besseres Verständnis der Wassersäulenstruktur des Sees und waren in der Lage, überprüfbare Hypothesen darüber aufzustellen, welche die entscheidenden Faktoren für die Auslösung schädlicher Algenblüten im See sind.
Die Daten, die für den See in seiner Gesamtheit gesammelt wurden, lieferten zudem wichtige Informationen darüber, wo und wie begrenzte Ressourcen zur Bestimmung der Probenahmestellen eingesetzt werden können. Es sind weitere Einsätze geplant, um den Datensatz zu ergänzen und ein besseres Verständnis über den Zusammenhang zwischen Wasserqualität und Algenblüten im Clear Lake zu erhalten.
Erfahren Sie mehr über die Clear Lake Studie
Downloaden Sie das White Paper über die Studie: High-Resolution Mapping of a Harmful Algal Bloom
Sehen Sie sich das Webinar über die Studie an: Expand your HAB Horizons with High-Resolution Mapping