Da der Klimawandel die Erde erwärmt, sind Regionen in höheren Breiten einem größeren Risiko für durch Algenblüten erzeugte Giftstoffe ausgesetzt, so eine neue Studie unter der Leitung von Anna Michalak, Julian Merder und Gang Zhao von Carnegie. Ihre Erkenntnisse, veröffentlicht In Naturwasseridentifizieren Wassertemperaturen von 20 bis 25 Grad Celsius (68 bis 77 Grad Fahrenheit) als das größte Risiko für die Entwicklung gefährlicher Konzentrationen eines häufig von Algen produzierten Toxins namens Microcystin.
Schädliche Algenblüten entstehen, wenn Gewässer mit Stickstoff- und Phosphorabflüssen aus der Landwirtschaft und anderen menschlichen Aktivitäten überlastet werden. Diese überschüssigen Nährstoffe können dazu führen, dass Blaualgenpopulationen außer Kontrolle geraten.
Einige Blaualgenarten produzieren einen Giftstoff namens Microcystin, der eine ernsthafte Gesundheitsgefährdung für Mensch und Umwelt sowie wirtschaftliche Risiken für Fischerei und Tourismus darstellen kann. Microcystin beeinträchtigt die Leberfunktion und kann bei Wild- und Haustieren, in seltenen Fällen auch beim Menschen, zum Tod führen. Bei chronischer Exposition wird es außerdem als potenziell krebserregend eingestuft.
„Im Jahr 2014 führte eine Algenblüte im Eriesee zu hohen Microcystin-Werten in der Wasseraufnahme, und die Bewohner in Ohio und Ontario wurden angewiesen, wegen der Gefahr einer Exposition kein Leitungswasser zu trinken“, warnte Merder.
Merder, Michalak und ihre Kollegen – Gang Zhao von Carnegie, Ted Harris von der University of Kansas sowie Dimitrios Stasinopoulos und Robert Rigby von der University of Greenwich – analysierten zwischen 2007 und 2017 Proben aus 2.804 US-Seen. Sie bewerteten, wie sich die Wassertemperatur auf das Vorkommen auswirkt und Konzentration von Microcystin im Rahmen der Bemühungen, die durch den Klimawandel verursachten Risiken für die Wasserqualität besser zu verstehen.
Michalaks Labor spielt seit mehr als einem Jahrzehnt eine führende Rolle beim Verständnis der Wechselwirkungen zwischen Klimawandel und Beeinträchtigungen der Wasserqualität. Frühere Arbeiten haben gezeigt, dass es in Seen weltweit bereits zu stärkeren Algenblüten kommt und dass die Nährstoffbelastung durch veränderte Niederschlagsmuster noch verstärkt wird.
„Seen sind Wächter des Klimawandels“, sagte Michalak. „Sie enthalten mit 87 Prozent den größten Teil des flüssigen Süßwassers auf der Erdoberfläche, und die mit dem Klimawandel verbundene Erwärmung und Niederschlagsverschiebungen stellen weltweit eine der größten Bedrohungen für die Wasserqualität und die Gesundheit aquatischer Ökosysteme dar.“
Die Oberflächentemperaturen von Seen haben sich bereits um 0,34 Grad Celsius (0,61 Grad Fahrenheit) pro Jahrzehnt erwärmt, und Merder und Michalak wollten ermitteln, was dies und die zukünftige Erwärmung im Hinblick auf das Risiko erhöhter Toxinkonzentrationen bedeuten würden.
„Es wird vorhergesagt, dass die Häufigkeit von Blaualgen aufgrund des Klimawandels zunehmen wird, da sie andere Arten verdrängen“, erklärte Merder. „Frühere Feldstudien kamen jedoch zu unterschiedlichen Schlussfolgerungen darüber, was dies für die Microcystin-Konzentrationen bedeutet.“
Um Land- und Wassermanagementstrategien zu unterstützen, war es wichtig, die Toxinwerte quantitativ mit der Wassertemperatur zu verknüpfen, was Merder und Michalak durch ihre umfangreiche Analyse von Seewasserproben erreichen konnten und dabei ergaben, dass Wassertemperaturen im Bereich von 20 bis 25 Grad Celsius liegen (68). Der Temperaturbereich von bis zu 77 Grad Fahrenheit war im Hinblick auf erhöhte Microcystin-Konzentrationen am gefährlichsten. Sie fanden auch heraus, dass der Einfluss der Temperatur bei hohen Nährstoffkonzentrationen verstärkt wird.
Durch die Einbeziehung von Informationen aus Klimamodellen konnten sie zeigen, dass Gebiete, die am anfälligsten für hohe Toxinkonzentrationen sind, weiterhin nach Norden wandern. In einigen Gebieten wird das relative Risiko einer Überschreitung der Wasserqualitätsrichtlinien in den kommenden Jahrzehnten um bis zu 50 Prozent steigen. Darüber hinaus zeigten sie, dass die Toxingefahr in einigen wenigen Regionen weiter südlich abnimmt, wenn die Wassertemperaturen beginnen, die mit dem höchsten Risiko verbundenen Temperaturen zu überschreiten.
„Diese Ergebnisse sollten dazu beitragen, das ernsthafte Risiko für sicheres Wasser zum Trinken, Angeln, für die Erholung und für andere gesellschaftliche Bedürfnisse in vielen Teilen der Vereinigten Staaten aufzuzeigen und die Dringlichkeit der Entwicklung von Managementstrategien zur Vorbereitung zu verdeutlichen“, schloss Michalak. „Wenn wir über Wassernachhaltigkeit im Kontext des globalen Wandels nachdenken, müssen wir uns ebenso auf die Qualität des Wassers konzentrieren wie auf die Wassermenge.“
Mehr Informationen:
Julian Merder et al., Geografische Umverteilung von Microcystin-Hotspots als Reaktion auf die Klimaerwärmung, Naturwasser (2023). DOI: 10.1038/s44221-023-00138-w