Skadliga algblomningar som är kända för att utgöra risker för människors och miljöhälsan i stora sötvattentankar och sjöar beräknas öka på grund av klimatförändringar, enligt ett team av forskare som leds av en forskare vid Tufts University.

Teamet utvecklade ett modelleringsramverk som förutsäger att den största ökningen av cyanobakteriella skadliga algblomningar (CyanoHABs) skulle inträffa i nordöstra regionen i USA, men den största ekonomiska skadan skulle upplevas av rekreationsområden i sydöstra.

Forskningen, som publiceras i tryck idag i tidskriften Miljövetenskap och teknik , är en del av större, pågående ansträngningar bland forskare för att kvantifiera och tjäna pengar på i vilken utsträckning klimatförändringar kommer att påverka och skada olika amerikanska sektorer.

"Några av de största effekterna av CyanoHAB kommer att inträffa i mer landsbygdsområden, som i Sydost och Mellanvästern - områden som inte ofta kommer upp i konversation om oundvikliga effekter av klimatförändringar, "sa Steven C. Chapra, Ph.D., huvudförfattare och Louis Berger ordförande i civil- och miljöteknik vid teknikhögskolan vid Tufts. "Klimatförändringens inverkan går långt utöver varmare lufttemperaturer, stigande havsnivåer och smältande glaciärer. "

"Vår studie visar att högre vattentemperatur, förändringar i nederbörd, och ökade tillförsel av näringsämnen kommer att kombineras för att orsaka vanligare förekomst av skadliga algblomningar i framtiden, " han lade till.

Cyanobakterier är jordens äldsta syresyra fotosyntetiska organismer. Under hela deras 3,5 miljarder år gamla evolutionära historia, dessa organismer har visat sig vara motståndskraftiga och anpassningsbara för ett brett spektrum av klimat. Följaktligen, många cyanobakterier uppvisar optimal tillväxt och blomningspotentialer vid höga vattentemperaturer i förhållande till andra vattenväxter. Därför, global uppvärmning spelar en nyckelroll i deras expansion och uthållighet, sa Chapra.

För att fånga omfattningen av möjliga framtider, analysen använde prognoser för klimatförändringar från fem allmänna cirkulationsmodeller, två scenarier för utsläpp av växthusgaser, och två cyanobakteriella tillväxtscenarier. Det är bland få studier att kombinera klimatprognoser med en hydrologisk/vattenkvalitetsnätmodell av amerikanska sjöar och reservoarer. Modelleringsmetoden är unik i sin praxis att koppla klimat, hydrologisk, och vattenkvalitetsmodeller till en enhetlig beräkningsram som tillämpas på nationell skala.

Modellkedjan börjar med prognoser av alternativa framtida klimat från General Circulation Models (GCM). GCM -prognoserna för temperatur och nederbörd läggs sedan in i två andra modeller:

• en regn-avrinning modell för att simulera månatlig avrinning i var och en av de 2, 119 vattendelar i kontinentala USA; och
• en vattenbehovsmodell, som projekterar vattenbehov för varje vattendelars kommunala, industriell, och jordbrukssektorer. Med tanke på dessa avrinnings- och efterfrågeprognoser, en modell för vattenresurssystem producerar en tidsserie med reservoarlagring, släpp, och efterfrågefördelningar (t.ex. lantbruk, miljöflöden, och vattenkraft).

Till sist, dessa vattenflöden och behållartillstånd införs i en vattenkvalitetsmodell för att simulera ett antal vattenkvalitetsegenskaper, inklusive cyanobakteriekoncentrationer, i var och en av nationens vattenkroppar. Slutresultatet är en ram som kan förutsäga den kombinerade klimatpåverkan, befolkningstillväxt, och andra faktorer för framtida vattenkvalitet för olika amerikanska regioner.

Det har uppskattats att sjöar och reservoarer som fungerar som dricksvattenkällor för 30 miljoner till 48 miljoner amerikaner kan kontamineras periodiskt av algtoxiner. Forskare nämnde ett exempel 2014, när nästan 500, 000 invånare i Toledo, Ohio, förlorade tillgången till dricksvatten efter att vatten som togs från sjön Erie avslöjade förekomsten av cyanotoxiner.

Utöver människors hälsoeffekter, CyanoHABs har en mängd negativa konsekvenser för vattenlevande ekosystem, inklusive skapandet av fula ytskum och en minskning av fritidsanvändning och tillgång till strandlinjer. Också, eftersom de flesta cyanobakterier är oätliga av zooplankton och planktivorös fisk, de representerar en "återvändsgränd" i vattenkedjan - ett scenario som i slutändan skadar både kommersiella och fritidsfiskeindustrier.

Chapra noterade att forskningen visar att när vattentemperaturen stiger, strängare och dyrare näringskontroller skulle vara nödvändiga för att bibehålla nuvarande vattenkvalitet.

"Studien ger en ram som ger insikter om orsak och verkan kopplingar för att stödja planering, politik, och identifiera dataklyftor för framtida forskning, sa Chapra.