Skadliga algblomningar kan orsaka stora problem i kustområden och sjöar över hela USA. När toxinhaltiga vattenlevande organismer förökar sig och bildar en blomning, det kan göra människor och husdjur sjuka, förorenar dricksvattnet, och tvingar fram stängningar vid båt- och badplatser.

Med begränsade resurser för att övervaka dessa ofta oförutsägbara blomningar, vattenförvaltare vänder sig till ny teknik från NASA och dess partners för att upptäcka och hålla reda på potentiella faror. Detta är särskilt viktigt i sjöar och reservoarer som människor använder för både rekreation och vattenförsörjning.

En ny app för mobila Android-enheter, från U.S. Environmental Protection Agency (EPA) och nu tillgänglig på Google play, kommer att varna tjänstemän och medlemmar av allmänheten när en skadlig algblomning kan bildas, beroende på specifika förändringar i vattnets färg som observeras av satelliter. Appen är en produkt från multibyrån Cyanobacteria Assessment Network, eller CyAN.

"Intresset är att använda fjärranalys som ett öga-i-himlen, tidig varningssystem för att få en bild av skadliga cyanobakterier i amerikanska insjöar, sa Jeremy Werdell, NASA Goddard Space Flight Center leder för CyAN, som även inkluderar EPA, U.S. Geological Survey (USGS) och National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA).

"Resurserna är begränsade, och det är inte möjligt för alla på marken att övervaka alla inre vattenförekomster hela tiden, " sa han. "Satelliter tillhandahåller ett verktyg som hjälper till att informera hur och när man ska spendera resurser för att gå och samla in vattenprover."

NASA har studerat vattenkvalitet från rymden i decennier, med början 1978 med instrumentet Coastal Zone Color Scanner som använde havets färg för att studera växtplanktonpopulationer. Med senare instrument, som Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer på NASA:s Terra och Aqua-satelliter, upplösningen var tillräckligt bra för att särskilja större insjöar och reservoarer, och forskare började använda data för att upptäcka signaturer av cyanobakterier i sötvatten.

Cyanobakterier förekommer naturligt i många vattendrag, från de stora sjöarna till små kvartersdammar. I ett litet antal, dessa alger är inga problem. Men under de rätta förhållandena – varmt vatten, solljus, plus näringsämnen som ofta sköljer av jordbruksfält – cyanobakterier kan föröka sig och bilda potentiellt giftiga blomningar.

Även om de enskilda algerna är mikroskopiska, blommor kan ses från rymden. I enorma antal, cyanobakterieblomningar kan visas som stora gröna strängar och fläckar på grund av deras huvudsakliga fotosyntetiska pigment. Deras närvaro kan också detekteras med fluorescens, som algblomningar avger som svar på exponering för solljus. Genom att använda blomningens unika egenskaper, instrument på NASA/USGS Landsat-satelliterna, Europeiska rymdorganisationens satelliter Copernicus Senteinel-2 och Copernicus Sentinel-3, samt flera andra, kan lokalisera förekomsten av alger.

Med datorprogram utvecklade för att knäcka dessa satellitobservationer från Sentinel-3, NASAs superdatorer producerar veckorapporter om färgen – och annan vattenkvalitetsinformation – på mer än 2, 000 sjöar över hela USA som en del av CyAN-projektet, sa Bridget Seegers, en forskare vid Goddard i Greenbelt, Maryland.

Användare av den nya CyAN-appen kommer att kunna markera en viss sjö med en nål – som kommer att visas som grön om sjön verkar blomningsfri, gul om alger är närvarande men under en viss gräns för oro, eller röd, indikerar att en blomning sannolikt är närvarande. Den är utformad inte bara för vattenkvalitetsansvariga, Seegers sa, men för folk som sätter en kanot på sin bil och diskuterar vart de ska åka, eller en outfitter som leder folk till den bästa sjön för kajakpaddling.

CyAN startade 2015, och har arbetat med statliga och lokala myndigheter för att identifiera potentiellt skadliga blomningar, sa Blake Schaeffer, en forskningsekolog med EPA och den myndighetens ledare för programmet.

Vattenkvalitetsansvariga med EPA Regions och Office of Water gick ihop med CyAN för att testa och utvärdera appen och satellitdata, han sa, vidare, medborgarforskargrupper, stamgrupper och allmänheten har också visat intresse för uppgifterna.

"Vi lägger kraften i satellitinformationen direkt i händerna på människorna, " sa Schaeffer. "De behöver inte bryta efter data; de kan välja att få uppgifterna skickade till sig."

Programmet har begränsningar, dock. Satelliterna kan inte se genom molnen, och på grund av upplösningen av Sentinel-3A, sjöar skulle behöva vara lite mer än en halv mil (900 meter) breda för att spåra med data av högsta kvalitet.

Att titta på ännu mindre sjöar och reservoarer, Schaeffer och andra vänder sig till Landsat. På grund av problem med moln (och ett mindre frekvent återbesök), Landsat satelliter, forskare får ungefär en tydlig mätning av en given plats varje månad. Men med Landsats högre rumsliga upplösning, de kan spåra information om vattenkvalitet från mer än 60 % av de amerikanska sjöarna och reservoarerna, eller mer än 170, 000 vattendrag.

Landsat och Sentinel-3 är komplementära; Landsat har större rumslig upplösning medan Sentinel-3 samlar in data över enskilda platser oftare och upptäcker våglängder som är mer lämpliga för cyanobakterier. Dessutom, Landsat-satelliter har termiska sensorer som kan användas för att övervaka yttemperaturen på sjöar, vilket är användbart, eftersom varmare temperaturer främjar blomning. Schaeffer undersöker hur man kan lägga till den ytterligare faktorn i övervakningsprogrammet.

I sista hand, Målet är att skapa ett system för övervakning av vattenkvalitet som utnyttjar data från många källor – Sentinel-2, Landsat, och andra satelliter, samt information som samlats in om vattnet, sa Nima Pahlevan, en forskare vid Goddard och medlem av Landsats forskarteam.

Han och hans team arbetar med hur man bäst använder Landsat- och Sentinel-data för att identifiera sjöar, floder, reservoarer och andra vattenförekomster med alltför mycket alger närvarande. Landsat-missionen har varit verksam sedan slutet av 1970-talet, så att forskare och vattenförvaltare kan spåra historien för en viss sjö för att avgöra om varje sjö – eller potentiellt till och med en enskild pixel i en bild av en sjö – har förändrats, och om det tyder på en blomning.

"Vi hoppas att med dessa bilder, produceras i nästan realtid – inom så lite som 3 till 4 timmar – vi kan bygga ett system för att utfärda varningar som är specifika för varje sjö eller reservoar, sa Pahlevan.

En utmaning gruppen står inför är att det inte görs många vattenmätningar över de olika sjöarna att jämföra med, och verifiera, vad satelliten rapporterar. Med stöd från Landsat Project Science Office, Pahlevan och medarbetare har placerat tre instrument i Green Bay, Wisconsin, Lake Okeechobee, Florida, och Grizzly Bay, Kalifornien, att ta mätningar av vattnet för jämförelse med Landsat och andra satellitmätningar.

Med dessa data från fältet, och arbete i sommar som inkluderar spårning av en handfull sjöar med Landsat och Sentinel-2, Pahlevan hoppas kunna bygga upp programmet och utöka det till ett operativt system med fler platser till sommaren 2020.

För människor som Donalea Dinsmore, som arbetar för Wisconsin Department of Natural Resources (DNR), fler satellitövervakningsverktyg skulle vara ett välkommet tillägg till den svit av metoder som staten använder för att hålla koll på var skadliga algblomningar inträffar. Varje sommar, avdelningen får frågor om den gröna leran som flyter på sjöar är skadlig, eller rapporter om hundar som blivit sjuka efter att ha simmat i eller druckit ur en sjö, Hon sa. Wisconsins DNR har personal som övervakar många av de tusentals sjöarna i staten, men de når inte överallt.

"Med 15, 000 sjöar, kan du besöka dem alla? Och beroende på när du besöker, du kanske bara missar en blomning, ", sa Dinsmore. "Det kan vara ett riktigt komplicerat och dyrt övervakningsprogram om du går in blind."