Xylems innovativa undervattensfarkost ger ny kunskap om skadlig algblomning
Med farkosten kunde forskare vid Clear Lake i Kalifornien samla in data som inte tidigare varit möjliga att fånga upp för hela sjön.
Skadlig algblomning är så vanligt i Clear Lake i Kalifornien att det är en av Nordamerikas mest undersökta sjöar. För att bättre kunna förstå vad som orsakar algblomningen i sjön har forskare på University of Southern California i Los Angeles (USC) och Southern California Coastal Water Research Project (SCCWRP) valt i3XO EcoMapper från Xylems YSI-varumärke. Den autonoma farkosten tog sig till alla delar av sjön under vattenytan och samlade in data om djup, vattenkvalitet och temperatur, vilket gav forskarna oöverträffade och högupplösta data om algblomningen.
Alger är en grundläggande förutsättning för liv på jorden och producerar hälften av syret i jordens atmosfär, men vissa alger kan producera gifter. När dessa alger växer okontrollerat blir resultatet skadlig algblomning, vilket är ett av de största hoten mot ytvattenkvalitet globalt. Effekterna av algblomning kan handla om allt från smak- och luktproblem med dricksvatten till produktion av kraftiga gifter som kan göra både djur och människor sjuka.
Det finns ett brett spektrum av algarter som producerar gifter, varje enskild art har sin egen miljö där de frodas bäst. De huvudsakliga orsakerna till algblomning är väl dokumenterade, övergödning av vattendrag, i synnerhet av kväve och fosfor. Varmare temperaturer orsakade av klimatförändringar kan ge giftproducerande alger en fördel.
Utmaningarna vid forskning av algblomning vid Clear Lake
Med en yta på 27,4 kvadratkilometer är Clear Lake den största sötvattensjön som ligger helt i Kalifornien. Det är också Nordamerikas äldsta sjö, cirka 2,5 miljoner år gammal. Algblomningar är särskilt oroväckande för samhällena runt Clear Lake eftersom 18 dricksvattenanläggningar använder sjön som källa för att leverera vatten till över 40 000 invånare.
Forskarna känner till att algblomning i sjön kan vara resultatet av temperatur och eutrofiering – ett förhållande där okontrollerad växt- och algtillväxt orsakas av bland annat gödningsmedel. För att få en mer detaljerad förståelse för algblomningarna har forskarna dock varit begränsade av data från enstaka provtagningar samt av sjöns form med tre armar som var och en har olika egenskaper.
Enstaka provtagningar kan ge viktig information om sjön vid en viss plats och tidpunkt, men forskarna behöver också förstå hur sjöns fysiska struktur och vattnets dynamik vid olika djup – dess vattenpelare – bidrar till algblomningar.
En ny studie byggd på innovativ teknik
Den nyligen genomförda studien vid Clear Lake hade i syfte att ta itu med några av dessa utmaningar med hjälp av Xylems YSI-teknik. Ett av huvudsyftena med studien handlade om att koppla ihop nya data om vattenpelaren och miljömässiga parametrar med andra data som samlats in från enstaka vattenprover.
– Om vi kan koppla ihop dessa olika bitar av information i tid och rymd kommer det att ge en aldrig tidigare tillgänglig information om arternas ordning och trofiska interaktioner i Clear Lakes plankton, skriver studiens huvudman, Dr. David Caron från University of Southern California.
Det är inte enkelt att hitta sambanden i dessa data när det gäller en sjö av Clear Lakes storlek, men det är av största vikt för att vi ska förstå de biologiska processerna som orsakar algblomning och giftproduktion. Studien har också till syfte att hjälpa forskare att prioritera var de ska samla in enskilda vattenprover, vilket kan vara en dyrbar process.
Forskningsteamet tog hjälp av Xylem för att kartlägga sjöns algblomningar i otroligt hög detalj med YSIs i3XO EcoMapper, nästa generation av autonoma undervattensfarkoster. i3XO genererar kartor i stor detalj med vattenkvalitet, vattenströmmar och djup. i3XO är en kombination av den senaste tekniken för autonoma undervattensfarkoster och YSIs EXO-plattform, ett smart vattenövervakningssystem redo för fältstudier.
Sjön studeras på två olika skalor
Forskningsstudien var utformad för att övervaka sjön på två mycket olika spatiala skalor. Den första skalan gjordes längs de huvudsakliga axlarna för Clear Lakes tre armar i syfte att utforska egenskaper som är gemensamma för hela sjön. Den andra skalan var en mycket detaljerad kartläggning av en del av en vik i sjöns nedre arm i syfte att mer i detalj undersöka fördelningen av blågröna alger (cyanobakterier) och deras gifter.
Hela i3XOs sensorkapacitet utnyttjades under expeditionerna. Alla i3XO är utrustade med en YSI EXO1-sond med sensorer för ledningsförmåga/temperatur, total mängd alger, upplöst syre och pH-värde. Med data från instrumentet skapades tvådimensionella beskrivningar av vattenpelaren när farkosten automatiskt färdades genom sjön på olika djup. Farkostens långa batteritid och exakta navigationssystem betydde att den kunde stanna länge under vattenytan och på så sätt maximera datainsamlingen. Vid en av expeditionerna tog det farkosten cirka sex och en halv timme att täcka drygt 34 kilometer av Clear Lake.
Ser Clear Lake på ett helt nytt sätt
i3XO-expeditionerna levererade enastående, aldrig tidigare möjlig insamling av data om sjön och dess skadliga algblomningar. Forskarna har nu en bättre förståelse för strukturen av sjöns vattenpelare och de har kunnat ta fram testningsbara hypoteser om vilka faktorer som är de viktigaste bakom algblomningar i sjön.
Insamlade data för hela-sjön-skalan gav också viktig information om var och hur de begränsade resurserna ska satsas när man väljer provtagningsplatser. Uppföljningsexpeditioner planeras för att samla in mer data och för att få en ännu bättre förståelse för förhållandet mellan vattenkvalitet och algblomningar i Clear Lake.
Läs mer om Clear Lake-studien
Ladda ned studiens ”white paper": High-Resolution Mapping of a Harmful Algal Bloom (Vidga dina algblomningskunskaper med detaljerad kartläggning)
Se ett webbinarium om studien: Expand your HAB Horizons with High-Resolution Mapping (Vidga dina algblomningsvyer med detaljerad kartläggning)