NASA-Wissenschaftler testen neues Tool zur Verfolgung von Algenblüten

Wenn sie vorbei wären, wäre eine Reihe massiver Algenblüten entlang der Westküste Floridas im Jahr 2020 mit etwa 2.000 Tonnen toten Meereslebewesen rund um Tampa Bay verbunden. Auch die menschlichen Kosten waren enorm, darunter ein zweistelliger Anstieg der Asthmafälle in den Landkreisen Sarasota und Pinellas und geschätzte Verluste von rund 1 Milliarde US-Dollar in allen Wirtschaftssektoren vom Tourismus bis zur Fischerei.

Erdumlaufende Satelliten werden seit Jahrzehnten zur Erkennung von Algenblüten aus dem Weltraum eingesetzt und ermöglichen so häufigere Beobachtungen über größere Gebiete, als dies durch direkte Wasserproben möglich wäre. Die gebräuchlichste Beobachtungstechnik basiert auf dem sichtbaren Spektrum, um die Farbe des Ozeans zu messen. Dieser Ansatz war jedoch größtenteils auf Bedingungen mit klarem Himmel beschränkt.

Eine aktuelle Studie in Geophysikalische ForschungsbriefeDie von Wissenschaftlern am Jet Propulsion Laboratory der NASA in Südkalifornien geleitete Studie hat gezeigt, wie ein weltraumgestütztes Instrument namens TROPOMI oder TROPOspheric Monitoring Instrument in der Lage war, durch dünne Wolken zu spähen, um aussagekräftige Hinweise auf Karenia brevis (oder K. brevis) zu finden. die mikroskopisch kleinen Algen, die für die Blüten im Jahr 2020 verantwortlich sind. Die verbesserte Fähigkeit von TROPOMI, feine Lichtwellenlängen zu „sehen“ und zu messen, könnte möglicherweise dazu beitragen, dass Bundesbehörden und lokale Gemeinden schädliche Ausbrüche besser vorhersagen und bewältigen können. (TROPOMI fliegt an Bord der europäischen Raumsonde Sentinel 5P, die 2017 gestartet wurde.)

Die Wissenschaftler untersuchten das West-Florida-Schelf, einen Abschnitt kontinentaler Kruste, der sich vom Panhandle bis zu den Keys erstreckt. Von seinem Ursprung in anderen Teilen des Golfs von Mexiko wird K. brevis durch starke Winde und Meeresströmungen in Richtung Küste getragen. Jüngste Untersuchungen haben gezeigt, dass Westflorida, wie viele Küstengemeinden, zunehmend anfällig für Ausbrüche sein könnte, da diese Algen unter nährstoffreichen, warmen Bedingungen gedeihen, die durch Abflüsse, Düngemittel und den Klimawandel befeuert werden.

Systeme zur Überwachung und Vorhersage schädlicher Algenblüten sind in vielen Bundesstaaten und Küstenregionen verfügbar, darunter im Golf von Mexiko und in den Großen Seen. Die National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA) arbeitet mit akademischen, staatlichen, Stammes- und lokalen Partnern zusammen, um Vorhersagen zur schädlichen Algenblüte – ähnlich wie Wettervorhersagen – während der Jahreszeiten zu entwickeln und herauszugeben, in denen die Blüte auftritt.

Vorfälle mit K. brevis sind besonders besorgniserregend, da die Algen ein starkes Neurotoxin produzieren, das in hohen Konzentrationen zu massivem Fischsterben führen und Meereslebewesen wie Schildkröten, Seekühe und Vögel vergiften kann. Das Toxin kann auch eingeatmet werden und beim Menschen Atemwegserkrankungen verursachen. Außerdem kann es sich in Schalentieren anreichern und bei Menschen, die diese verzehren, zu Magen-Darm-Erkrankungen führen.

Während sich die Algen durch Photosynthese ernähren und wachsen, strahlt K. brevis ein schwaches rotes Leuchten aus, das als solarinduzierte Fluoreszenz (rotes SIF) bezeichnet wird und von einigen Satelliteninstrumenten erfasst werden kann, darunter TROPOMI, das eigentlich zur Messung der Luftverschmutzung entwickelt wurde.

Bei der Durchsicht der TROPOMI-Daten, die zwischen 2018 und 2020 an der Küste Westfloridas erfasst wurden, stellte das Team fest, dass das Instrument etwa doppelt so viele von den Algen emittierte Fluoreszenzinformationen sammelte wie mit früheren Methoden, die auf der Farbe des Ozeans basieren. Dank der fortschrittlichen Bildgebungsfähigkeiten von TROPOMI – darunter vier Spektrometer, die Licht im ultravioletten bis kurzwelligen Infrarotbereich messen – kann TROPOMI dünne Wolkendecken durchdringen und häufiger Messungen der Meeresoberfläche durchführen.

Weltraumbasierter Vorteil

Die Wissenschaftler sagten, ihre Ergebnisse zeigten den Wert der Verwendung von TROPOMI allein oder in Verbindung mit anderen Erdbeobachtungsinstrumenten wie dem langjährigen NASA-Instrument MODIS (Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer) an Bord der Aqua- und Terra-Satelliten. MODIS misst die Farbe des Ozeans und wird derzeit von Umweltmanagern in Florida und anderen Orten zur Erkennung von Algen an klaren Tagen eingesetzt.

Ein weiteres Meeresfarbinstrument, dessen Einführung für Anfang 2024 geplant ist, wird die Meeresökosysteme der Welt wie nie zuvor untersuchen. Die NASA-Mission PACE (Plankton, Aerosol, Cloud, Ocean Ecosystem Mission) wird Phytoplankton und andere Meeresbiologie, atmosphärische Aerosole und Wolken in viel mehr Wellenlängen als bisherige Sensoren untersuchen. Diese Beobachtungen werden dazu beitragen, das Auftreten schädlicher Algen sowie den Boom-Bust-Zyklus der Fischerei und andere Faktoren vorherzusagen, die sich auf die Handels- und Freizeitindustrie auswirken.

„Seit fast 20 Jahren sind Meeresfarbsensoren die Grundlage für die Satellitenüberwachung schädlicher Algenblüten“, sagte Hauptautorin Kelly Luis, Postdoktorandin der NASA am JPL. „Diese Anwendung von TROPOMI red SIF zeigt, wie die Kombination von Satellitentechnologien Frühwarnsysteme über klare Himmel hinaus stärken kann.“

Es hat sich gezeigt, dass die Frühwarnung per Satellit in der Praxis Vorteile hat. Eine aktuelle Fallstudie ergab, dass die frühzeitige Erkennung von Cyanobakterien im Utah Lake zu erheblichen Einsparungen bei der Gesundheitsversorgung, Arbeitsausfällen und anderen wirtschaftlichen Verlusten führte. Ein paar Tage Vorwarnung können zu schnelleren Maßnahmen vor Ort führen, einschließlich öffentlicher Warnungen und sogar Strandsperrungen.