Водоросли кружатся в южноафриканском водоеме

В ясные дни в Хартбиспоорте, Южная Африка, спутниковые снимки часто показывают водоем с оттенками темно-синего цвета, прерываемыми плавающими пятнами ярко-зеленого цвета. Эти изменения указывают на цветение водорослей, которое может повлиять на качество воды, экосистемы и близлежащие человеческие сообщества.

На этой анимации с июня 2022 по июль 2023 года цветение водорослей растёт, перемещается по водоему, а затем затухает. Анимация состоит из изображений из Гармонизированные Landsat и Sentinel-2 (HLS), продукт НАСА, объединяющий изображения НАСА/ГС США. Ландсат 8 и Ландсат 9 спутники и спутники Sentinel-2A, 2B и 2C Европейского космического агентства.

Водоросли – это общий термин для фотосинтезирующих организмов, живущих в воде, охватывающий все: от одноклеточных цианобактерий до морских водорослей. Они играют жизненно важную роль в поддержании здоровых экосистем. Но когда колонии водорослей распространяются слишком широко или выделяют вредные токсины, они могут угрожать самой окружающей среде, которую они поддерживают. Эти колонии известны как вредное цветение водорослейили HAB.

Некоторые ВЦВ токсичны и часто являются частью процесса, называемого эвтрофикацией. Эвтрофикация начинается, когда в экосистеме становится слишком много питательных веществ (из-за сельскохозяйственных стоков и других факторов), что приводит к быстрому росту водорослей.

«Это похоже на сад», — сказала Бриджит Сигерс, ученый НАСА, изучающая цианобактерии в пресноводных экосистемах. «Если вы добавите много питательных веществ, у вас будет хороший рост».

Со временем водоросли отмирают. Разлагая мертвые водоросли, редуценты потребляют кислород, что может привести к гипоксии и образованию мертвых зон.

Такие условия были зафиксированы на водохранилище Хартбееспоортдам (Hartbeespoort Dam), расположенном примерно в 25 километрах (16 милях) к западу от Претории и используемом в основном для отдыха и орошения. В водохранилище регулярно происходит вредоносное цветение водорослей, содержащих цианобактерии. Здесь также обитают большие циновки инвазивных водных гиацинтов. Хотя гиацинты не производят токсины, они способствуют эвтрофикации, когда умирают и разлагаются.

Вредное цветение водорослей может повлиять на здоровье экосистем, а также на жизнь и средства к существованию людей. В апреле 2023 года власти ЮАР связал гибель крупной рыбы в Хартбееспоорте из-за низкого уровня кислорода, вызванного чрезмерным ростом водорослей. В более широком смысле, ВЦВ в резервуарах с питьевой водой могут снизить доступность воды и повысить затраты на очистку воды, тогда как купание в водах, зараженных ВЦВ, может вызвать сыпь, а домашние животные или скот, которые ее пьют, могут заболеть или умереть.

Один бумага 2022 года опубликованные в журнале Remote Sensing, исследовали водоросли в водоеме с 1980 по 2020 год с использованием данных Landsat. «Это водохранилище всегда тщательно контролировалось местным департаментом водных ресурсов», — сказал Адам Али, ведущий автор статьи. В исследовании использовались спутниковые данные, чтобы получить общую картину условий по всему резервуару в долгосрочных масштабах. Используя данные Landsat за 40 лет, исследователи обнаружили, что основными факторами роста водорослей были общее содержание фосфора (питательного вещества, содержащегося в стоках) и температура воды, при этом цветение обычно расширяется в теплые летние месяцы и затихает зимой.

Они также определили ключевые тенденции в пространстве и времени. Продуктивность водорослей была выше вблизи притоков Крокодилривира (Крокодиловая река) и в западной части водохранилища из-за стока с полей для гольфа и ограниченной циркуляции воды, что демонстрирует, как на ВЦВ влияют сток и приток рек. Крупные цветения произошли в период с 1982 по 1986 год, когда уровень общего фосфора был высоким. Программа биовосстановления в конце 1980-х годов сумела ограничить рост водорослей, но после того, как в конце 1990-х годов финансирование закончилось, в начале 2000-х годов снова резко возросло вредоносное цветение водорослей.

Чтобы отслеживать водоросли из космоса, исследователи проанализировали цвет воды, измеряя различные длины волн света. Исходя из этого, они оценили концентрацию хлорофилла-а, обычного пигмента водорослей, и использовали эти значения для приблизительного определения биомассы водорослей с течением времени. Хотя пробы воды по-прежнему необходимы для подтверждения вредности цветения водорослей, спутниковые данные могут помочь ученым понять причины вредного цветения водорослей, особенно в отдаленных регионах, где регулярный наземный мониторинг является дорогостоящим и требует много времени.

Новые и предстоящие миссии НАСА обещают улучшить космический мониторинг качества воды. Ожидается, что следующий спутник Landsat будет измерять длины волн, специально предназначенные для обнаружения HAB. НАСА ШАГ Миссия (Планктон, Аэрозоль, Облако, Экосистема океана), запущенная в 2024 году, собирает данные в сотнях точных диапазонов длин волн видимого спектра, что может помочь ученым определить тип водорослей, вызывающих определенное цветение — ключевой фактор в определении токсичности. Учитывая пространственное разрешение PACE, данные наиболее полезны в прибрежных районах или крупных внутренних водоемах. Али работает с исследователями из НАСА в Эймсе, чтобы интегрировать PACE в будущие исследования.

Анимация Росса Уолтера/Поддержка научного офиса Landsat, используя данные из Гармонизированные Landsat и Sentinel-2 (HLS) продукт. Фотография Лорен Дофин/Земной обсерватории НАСА. используя данные Landsat Геологическая служба США. Рассказ Мадлен Грегори / Служба поддержки научного бюро Landsat.

• Али, К., и др. (2022) Интеграция спутниковых данных in situ и текущего поколения для временного и пространственного анализа вредного цветения водорослей на плотине Хартбиспоорт, бассейн реки Крокодил, Южная Африка. Дистанционное зондирование14(17), 4277.
• НОАА (27 апреля 2016 г.) Что такое вредное цветение водорослей? По состоянию на 6 января 2026 г.
• Правительство ЮАР (26 апреля 2023 г.) Служба водоснабжения и санитарии опубликовала отчет о расследовании причин гибели рыбы на плотине Хартбиспоорт. По состоянию на 6 января 2026 г.