Изменение климата угрожает качеству питьевой воды через Великие озера

Вредное цветение водорослей на озере Эри, 4 сентября 2009 года. NOAA / Flickr

Эта история является частью общенациональной инициативы Пулитцеровского центра по освещению связанных береговых линий.

«Не пейте / не кипятите» — это не то, что кто-то хочет слышать о водопроводной воде в их городе. Но совокупное воздействие изменения климата и ухудшения качества воды может сделать такие предупреждения более частыми в районе Великих озер.

Предварительный просмотр произошел 31 июля 2014 года, когда в западном бассейне озера Эри образовалась неприятная зеленая слизь, известная как вредоносное цветение водорослей или ВЦВ. Вскоре он затопил станцию водозабора Толедо, которая обеспечивает питьевой водой почти 500 000 человек в городе и его окрестностях.

Исследования показали, что водоросли вырабатывают микроцистин, иногда смертельный токсин для печени и предполагаемый канцероген. В отличие от некоторых других токсинов, микроцистин нельзя обезвредить кипячением. Поэтому город издал приказ «Не пить / не варить», что вызвало трехдневный кризис.

Колыбель водозабора города Толедо, окруженный водорослями, в озере Эри, примерно в 2,5 милях от берега, 3 августа 2014 г.
AP Photo / Haraz N. Ghanbari

В местных магазинах скоро закончилась вода в бутылках. Губернатор Огайо объявил чрезвычайное положение, и Национальная гвардия была вызвана для обеспечения безопасной питьевой водой до тех пор, пока система не будет промыта и очистные сооружения не будут восстановлены.

Причина заключалась в сочетании высокого уровня загрязнения питательными веществами — азотом и фосфором, которые стимулируют рост водорослей — из сточных вод, сельского хозяйства и сточных вод из пригородов, а также высоких температур воды, связанных с изменением климата. Это событие показало, что даже в регионах с такими огромными ресурсами, как Великие озера, источники воды уязвимы для подобных антропогенных угроз.

Как жители Среднего Запада, работающие в области здоровья городской окружающей среды, климата и окружающей среды, мы считаем, что впереди еще больше кризисов, подобных кризису Толедо, если в регионе не будут устранены надвигающиеся угрозы качеству питьевой воды.

Огромные и злоупотребляемые

] Великие озера вместе содержат 20% мировых поверхностных пресных вод — более чем достаточно для обеспечения питьевой водой более 48 миллионов человек от Дулута до Чикаго, Детройта, Кливленда и Торонто. Но антропогенные воздействия серьезно повредили этот драгоценный и жизненно важный ресурс.

В 1970 году, после столетия урбанизации и индустриализации вокруг Великих озер, качество воды сильно ухудшилось. Фабрикам было разрешено сбрасывать отходы в водные пути, а не обрабатывать их. Неадекватные канализационные системы часто отправляли неочищенные сточные воды в реки и озера, загрязняя воду и вызывая цветение водорослей.

Подобные проблемы помогли стимулировать два важных шага в 1972 году: принятие Закона США о чистой воде и принятие Закона о качестве воды Великих озер. Соглашение между США и Канадой. С тех пор многие предприятия были очищены или остановлены. Канализационные системы модернизируются, хотя и медленно и с большими затратами.

В результате сокращение загрязнения питательными веществами и сточными водами привело к быстрому сокращению ВЦВ, особенно в озере Эри, Великом озере с наиболее густонаселенной береговой линией. Но возникли новые проблемы, отчасти из-за недостатков в этих законах и соглашениях, в сочетании с растущими последствиями изменения климата.

Питьевая вода из Великих озер пользуется большим спросом.

Более теплая и влажная

Изменение климата коренным образом меняет многие факторы, влияющие на жизнь в районе Великих озер. Наиболее непосредственные последствия недавнего изменения климата сказались на осадках, уровне озера и температуре воды.

Годовое количество осадков в регионе увеличилось примерно на 5 дюймов за последнее столетие. Изменения только за последние пять лет — самые жаркие пять лет в истории человечества — были особенно драматичными: серия экстремальных дождей привела к чрезвычайно высоким и быстро меняющимся уровням воды в Великих озерах.

Рекордно высокое количество осадков в 2019 году вызвало наводнения, материальный ущерб и ущерб береговой линии в ряде прибрежных населенных пунктов. По прогнозам, количество осадков в 2020 году будет таким же, если не выше. Отчасти это связано с естественной изменчивостью, но, безусловно, с изменением климата.

Еще одно явное воздействие изменения климата — это общее потепление всех пяти Великих озер, особенно весной. Повышение температуры невелико и меняется от года к году и от места к месту, но в целом согласуется с данными о потеплении по всему региону.

Более загрязненный сток

Некоторые из этих связанных с климатом изменений совпали с более непосредственными человеческими воздействия на качество воды в Великих озерах.

Меры по очистке, принятые еще в 1970-х годах, наложили строгие ограничения на крупные точечные источники загрязнения питательными веществами, такие как сточные воды и предприятия. Но более мелкие «неточечные» источники, такие как удобрения и другие питательные вещества, смываемые с сельскохозяйственных полей и пригородных газонов, были устранены путем более слабого добровольного контроля. С тех пор они стали основными источниками загрязнения.

С середины 1990-х годов вызванное климатом увеличение количества осадков привело к увеличению стока питательных веществ в озеро Эри. Эта возрастающая нагрузка спровоцировала все более сильное цветение водорослей, в некотором смысле сопоставимое с событиями 1970-х годов. Кризис в Толедо в 2014 году не был аномалией.

Эти цветы могут вызвать неприятный запах и вкус воды в озере, а иногда и сделать ее опасной для питья. Они также оказывают долгосрочное воздействие на экосистемы озер. Они истощают кислород, убивая рыбу и стимулируя химические процессы, которые заставляют воды озера Эри расцветать в будущем. Вода с низким содержанием кислорода более агрессивна и может повредить водопроводные трубы, вызывая неприятный вкус или неприятный запах, а также помогает выделять следы металлов, которые также могут вызывать проблемы со здоровьем.

Таким образом, несмотря на полвека достижений, во многих отношениях вода из Великих озер качество вернулось к тому уровню, который было в 1970 году, но с дополнительным влиянием быстро меняющегося климата.

Рисунок, показывающий общий приток фосфора (TP), поступающий в озеро Сент-Клер и западное озеро Эри в 2018 году в метрических тоннах в год (MTA). Сток с сельскохозяйственных угодий является основным источником нагрузки питательными веществами: около 70% — это коммерческое внесение удобрений и 30% — навоз.
IJC

Фильтрация стока

Как регион может изменить курс и повысить устойчивость Великих озер прибрежные сообщества? Благодаря ряду недавних исследований, включая интенсивный анализ моделирования будущего изменения климата в Индиане, который служит индикатором для большей части региона, у нас есть довольно хорошее представление о том, как может выглядеть будущее.

Как один Можно догадаться, потепление будет продолжаться. Прогнозируется, что к середине века температура воды в летнее время повысится еще примерно на 5 градусов по Фаренгейту, даже если страны значительно сократят выбросы парниковых газов. Это вызовет дальнейшее ухудшение качества воды и отрицательно скажется на прибрежных экосистемах.

Анализ также прогнозирует увеличение количества экстремальных осадков и стока, особенно зимой и весной. Эти сдвиги, вероятно, принесут еще больший сток биогенных веществ, загрязняющие отложения и сток сточных вод в прибрежные зоны, даже если в соседних штатах фактическое количество этих питательных веществ будет стабильным. Увеличение количества загрязняющих веществ в сочетании с более высокими температурами может вызвать цветение водорослей, угрожающее водоснабжению.

Но недавние истории успеха указывают на стратегии решения этих проблем, по крайней мере, на местном и региональном уровнях.

В настоящее время осуществляется ряд крупных инфраструктурных проектов, направленных на улучшение управления ливневыми водами и муниципальных канализационных систем, чтобы они могли улавливать и обрабатывать сточные воды и связанные с ними питательные вещества перед их транспортировкой в Великие озера. Эти инициативы помогут контролировать наводнения и увеличить подачу «серой воды» или использованной воды из раковин ванных комнат, стиральных машин, ванн и душевых для таких целей, как озеленение.

Города соединяют эту «серую инфраструктуру» с зеленой инфраструктурой. проекты, такие как зеленые крыши, инфильтрационные сады и восстановленные водно-болотные угодья. Эти системы могут фильтровать воду, чтобы удалить излишки питательных веществ. Они также замедлят сток во время экстремальных осадков, пополняя тем самым естественные водоемы.

Муниципальные управляющие водными ресурсами также используют интеллектуальные технологии и улучшенные методы дистанционного зондирования для создания систем предупреждения для ВЦВ в режиме, близком к реальному времени, которые могут помочь предотвратить кризисы. Такие группы, как Cleveland Water Alliance, ассоциация партнеров из промышленности, правительства и академических кругов, работают над внедрением технологий умных озер в озере Эри и других пресноводных средах по всему миру. Наконец, штаты, включая Огайо и Индиану, стремятся сократить общее поступление питательных веществ в Великие озера из всех источников и используют расширенное моделирование для определения этих источников.

Вместе эти разработки могут помочь уменьшить размер ВЦВ и, возможно, даже достичь максимального уровня. сокращение стока питательных веществ примерно на 50%, которое, как показывают правительственные исследования, необходимо для того, чтобы вернуть их к минимуму в середине 1990-х годов.

Если не считать сокращения глобальных выбросов парниковых газов, сохраняя жизнеспособность сообществ, которые так сильно зависят от Великих озер требовать всех этих и других действий.

[ Понравилось то, что вы читали? Хотите больше? Подпишитесь на ежедневный информационный бюллетень The Conversation.]

Габриэль Филипелли получает финансирование от Национального научного фонда США и Американского химического общества — Исследовательского фонда нефти

Джозеф Д. Ортис получает финансирование от НАСА, HW Hoover Foundation и Национального географического общества. Он является участником Cleveland Water Alliance, в который входит Государственный университет Кента. Его супруга владеет консалтинговой фирмой по охране окружающей среды, которая не участвует ни в этом проекте, ни в его исследованиях.