La fréquence et l'ampleur croissantes des proliférations d'algues d'eau douce toxiques devenant un problème de santé publique de plus en plus préoccupant, Les scientifiques de Carnegie Jeff Ho et Anna Michalak, avec des collègues, ont fait de nouveaux progrès dans la compréhension des moteurs de la prolifération du lac Érié et de leurs implications pour la restauration du lac. Le travail est publié dans deux études connexes.

En utilisant les données de l'instrument Landsat 5 de la NASA, les chercheurs ont généré de nouvelles estimations des proliférations d'algues historiques dans le lac Érié, plus que doubler le nombre d'années auparavant disponibles pour les scientifiques pour enquêter, de 14 à 32. (Cette première étude a été publiée dans Télédétection de l'environnement .) En explorant ce nouveau record historique, ils ont découvert que la charge de phosphore cumulative à l'échelle décennale, c'est-à-dire le ruissellement qui pénètre dans la voie navigable, aide à prédire la taille de la floraison en plus des effets des apports de phosphore la même année. Les travaux suggèrent qu'il faudra peut-être jusqu'à une décennie pour récolter les avantages des réductions de la charge en éléments nutritifs récemment proposées. (Cette deuxième étude a été publiée dans le Journal de recherche sur les Grands Lacs .)

Des proliférations d'algues d'eau douce nuisibles se produisent lorsque des quantités excessives de phosphore sont ajoutées à l'eau, souvent sous forme de ruissellement d'engrais. L'excès de phosphore stimule la croissance des plantes aquatiques et du phytoplancton comme les algues bleu-vert Microcytsis sp ., un organisme qui produit une toxine affectant le foie humain et peut également provoquer une irritation de la peau.

Nulle part le problème des proliférations d'algues toxiques n'a été ressenti avec plus d'acuité que le lac Érié, qui borde les États américains de l'Ohio, Pennsylvanie, et New-York, et la province canadienne de l'Ontario. Dans les années 1960 et 1970, les efflorescences algales étaient une nuisance majeure, mais les objectifs binationaux de phosphore ont conduit au rétablissement du lac. Plus récemment, les blooms sont revenus avec plus d'intensité et de conséquences, avec des floraisons record en 2011 et 2015. Toxines d'un Microcystis la floraison en 2014 a conduit à un avis de « ne pas boire d'eau du robinet » de trois jours pour les 500, 000 habitants de Tolède, Ohio, et les environs.

« La qualité de l'eau dans la partie ouest du lac Érié diminue depuis deux décennies, " a fait remarquer l'auteur principal Jeff Ho. " Quelque 11 millions de personnes dépendent du lac Érié pour l'eau potable. "

Ce problème urgent a incité le développement de nouveaux objectifs de phosphore de la Commission mixte internationale binationale en 2016. Les nouveaux objectifs sont une étape importante dans la sauvegarde de l'eau du lac Érié, mais la récupération prendra probablement plusieurs années même après que la quantité de phosphore entrant dans le lac ait diminué.

« Les résultats de nos études suggèrent que le phosphore piégé dans les sédiments lacustres continue d'être relargué dans le lac pendant plusieurs années, nourrir les fleurs année après année, " a fait remarquer la co-auteure Anna Michalak.

Michalak et Ho ont été motivés à se lancer dans ces études après avoir réalisé que tous les efforts actuels pour modéliser les proliférations toxiques dans le lac Érié reposaient sur moins de quinze ans de données. « Notre compréhension des processus lacustres changerait-elle si nous pouvions revenir en arrière pour voir ce qui se passait dans les années 80 et 90 ? » Michalak se souvient avoir demandé.

La première étape consistait à glaner de nouvelles informations sur les efflorescences historiques à partir des enregistrements satellites existants. Pour faire ça, l'équipe a consulté les archives Landsat 5, remontant à 1984. En utilisant une méthode nouvellement développée basée sur plusieurs métriques de présence de fleurs, Distribution, Taille, et le temps, ils ont évalué onze algorithmes Landsat candidats, et trouvé celui qui correspondait le mieux aux données existantes des dernières années. Ils ont ensuite appliqué cet algorithme pour cartographier les blooms jusqu'en 1984, plus que doubler le record historique existant, et augmenter considérablement leur capacité à comprendre les tendances et les causes.

"Cette approche multimétrique pour identifier le meilleur algorithme de détection de bloom nous a donné une image complète des forces et faiblesses de chaque algorithme, " a fait remarquer Ho.

Avec ces nouvelles données de floraison en main, les chercheurs ont exploré les relations entre la gravité de la prolifération et les apports d'eau dans le lac, en particulier le phosphore. Les chercheurs ont découvert que la quantité de phosphore entrant dans le lac chaque printemps, ainsi que la quantité de phosphore qui avait pénétré dans le lac au cours de la décennie précédente, pourrait expliquer les trois quarts de la variabilité d'une année à l'autre de la taille de la floraison au cours de la période d'enregistrement de trois décennies.

« La charge cumulée de phosphore, indiquant les tendances à long terme de la taille des fleurs, était la clé pour comprendre pourquoi certaines efflorescences se sont produites pendant des années avec très peu de ruissellement de phosphore au printemps, " a fait remarquer Ho. "Cela explique aussi pourquoi les fleurs se sont multipliées ces dernières années, encore plus que ce à quoi nous nous attendions en se basant uniquement sur les changements d'une année sur l'autre de la charge printanière, " a ajouté Michalak.

« La voie à suivre pour le lac Érié est claire :nous devons réduire la quantité de phosphore qui s'écoule dans le lac. Et nous devrons être patients pour donner au lac le temps de récupérer, " a conclu Michalak.