Kvet řas - Algal bloom

Odebráno z oběžné dráhy v říjnu 2011, nejhorší květ řas, který jezero Erie zažilo za několik desetiletí. Zaznamenejte přívalové jarní deště vyplavené hnojivo do jezera, které podpoří růst květů sinic produkujících mikrocystiny .

Vodní květ nebo vodní květ k rychlému nárůstu nebo akumulace v populaci řas ve sladkých nebo mořských vodních systémů. Často se pozná podle zabarvení ve vodě z pigmentů řas. Termín řasy zahrnuje mnoho typů vodních fotosyntetických organismů, a to jak makroskopické mnohobuněčné organismy, jako jsou mořské řasy, tak mikroskopické jednobuněčné organismy, jako jsou siniceKvet řas se běžně týká rychlého růstu mikroskopických jednobuněčných řas, nikoli makroskopických řas. Příkladem makroskopického květu řas je řasový les .

Květy řas jsou výsledkem živin, jako je dusík nebo fosfor z odtoku hnojiva, které vstupují do vodního systému a způsobují nadměrný růst řas. Kvet řas ovlivňuje celý ekosystém. Důsledky sahají od benigního krmení vyšších trofických hladin po škodlivější efekty, jako je blokování slunečního světla v přístupu k jiným organismům, což způsobuje vyčerpání hladin kyslíku ve vodě a v závislosti na organismu vylučování toxinů do vody. Proces nadměrné nabídky živin vedoucí k růstu řas a vyčerpání kyslíku se nazývá eutrofizace . Květy, které mohou zranit zvířata nebo ekologii, se nazývají „ škodlivé řasové květy “ (HAB) a mohou vést k odumírání ryb, měst odříznutí vody obyvatelům nebo států, které musí rybolov ukončit.

Charakterizace květu

Termín „řasový květ“ je definován nekonzistentně v závislosti na vědeckém oboru a může se pohybovat od „minibloomu“ neškodných řas až po velkou, škodlivou událost květu. Vzhledem k tomu, že „řasy“ jsou široký pojem zahrnující organismy velmi rozdílných velikostí, rychlosti růstu a požadavků na živiny, neexistuje oficiálně uznávaná prahová úroveň toho, co je definováno jako květ. Protože neexistuje vědecký konsenzus, lze květy charakterizovat a kvantifikovat několika způsoby: měřením nové biomasy řas, koncentrací fotosyntetického pigmentu, kvantifikací negativního účinku květu nebo relativní koncentrací řas ve srovnání se zbytkem mikrobiální komunity . Například definice květů zahrnovaly, když koncentrace chlorofylu překročí 100 ug/l, když koncentrace chlorofylu překročí 5 ug/l, když druhy považované za kvetoucí překročí koncentrace 1000 buněk/ml a když druhy řas koncentrace se jednoduše odchyluje od normálního růstu.

příklad rozkvětu řas
Květy řas mohou představovat problémy pro ekosystémy a lidskou společnost. Příklad z malé horské vesnice poblíž čínského Čcheng -tu v roce 2005

Květy jsou výsledkem živiny potřebné pro jednotlivé řasy zaváděné do místního vodního systému. Tato živina omezující růst je obvykle dusík nebo fosfor, ale může to být také železo, vitamíny nebo aminokyseliny. Existuje několik mechanismů pro přidání těchto živin do vody. V otevřeném oceánu a podél pobřeží mohou upwelling z větrů a topografických rysů oceánského dna čerpat živiny do fototické nebo sluncem zalité zóny oceánu. V pobřežních oblastech a ve sladkovodních systémech může zemědělský, městský a kanalizační odtok způsobovat výkvět řas. Dva příklady antropogenních květů řas ve Spojených státech jsou v Lake Erie a Mexickém zálivu .

Kvetení řas, zejména velké události řas, může snížit průhlednost vody a může odbarvit vodu. Fotosyntetické pigmenty v buňkách řas, jako chlorofyl a fotoprotektivní pigmenty, určují barvu řasového květu. V závislosti na organismu, jeho pigmentech a hloubce ve vodním sloupci mohou být květy řas zelené, červené, hnědé, zlaté a purpurové. Jasně zelené květy ve sladkovodních systémech jsou často důsledkem sinic (hovorově známých jako „modrozelené řasy“), jako je Microcystis . Květy mohou také sestávat z druhů makroskopických ( nefytoplanktonických ) druhů. Tyto květy jsou rozpoznatelné velkými čepelemi řas, které se mohou vyplavit na pobřeží.

Jakmile je živina přítomna ve vodě, řasy začnou růst mnohem rychleji než obvykle. V mini květu tento rychlý růst prospívá celému ekosystému tím, že poskytuje potravu a živiny pro jiné organismy. Zvláště pozoruhodné jsou vzácné škodlivé květy řas (HAB), což jsou události řasového květu zahrnující toxický nebo jinak škodlivý fytoplankton. Mnoho druhů může způsobit škodlivé květy řas. Například Gymnodinium nagasakiense může způsobit škodlivé červené přílivy a odlivy, dinoflageláty Gonyaulax polygramma mohou způsobit vyčerpání kyslíku a vést k zabíjení velkých ryb, sinice Microcystis aeruginosa mohou produkovat jedovaté toxiny a rozsivka Chaetoceros convolutus může poškodit rybí žábry.

Kvete sladkovodní řasa

Aktivita sinic mění jezero Coatepeque Caldera na tyrkysovou barvu

Květy sladkovodních řas jsou důsledkem přebytku živin , zejména některých fosfátů . Přebytečné živiny mohou pocházet z hnojiv, která jsou aplikována na půdu pro zemědělské nebo rekreační účely, a mohou také pocházet z domácích čisticích prostředků obsahujících fosfor .

Používání nanomateriálů v agrochemikáliích, jako jsou pesticidy a fungicidy, se v 21. století stalo také populárním. To snižuje počet toxinů aplikovaných na zemědělské plodiny, ale v kombinaci se znečištěním živinami zvyšuje eutrofizaci ve sladkovodních systémech.

Redukce vstupu fosforu je nutná ke zmírnění květů, které obsahují sinice. V jezerech, která jsou v létě stratifikovaná, může podzimní obrat uvolnit značné množství biologicky dostupného fosforu, který potenciálně vyvolává výkvět řas, jakmile bude k dispozici dostatečné množství fotosyntetického světla. Přebytečné živiny se mohou dostat do povodí přes odtok vody. Jako příčiny bylo také podezření na nadbytek uhlíku a dusíku . Přítomnost zbytkového uhličitanu sodného působí jako katalyzátor kvetení řas poskytováním rozpuštěného oxidu uhličitého pro lepší fotosyntézu v přítomnosti živin.

Když jsou fosfáty zaváděny do vodních systémů, vyšší koncentrace způsobují zvýšený růst řas a rostlin. Řasy mají tendenci růst velmi rychle za vysoké dostupnosti živin, ale každá řasa má krátké trvání a výsledkem je vysoká koncentrace mrtvé organické hmoty, která se začíná rozkládat. Přirozené rozkladače přítomné ve vodě začínají rozkládat mrtvé řasy a spotřebovávají rozpuštěný kyslík přítomný ve vodě během procesu. To může mít za následek prudký pokles dostupného rozpuštěného kyslíku pro jiný vodní život. Bez dostatečného rozpuštěného kyslíku ve vodě mohou zvířata a rostliny ve velkém odumírat. Toto může být také známé jako mrtvá zóna . Použití Olszewského trubice může pomoci v boji proti těmto problémům s hypolimnetickým vysazením.

Kvetení lze pozorovat ve sladkovodních akváriích, když jsou ryby překrmeny a přebytečné živiny nejsou absorbovány rostlinami. Ty jsou obecně pro ryby škodlivé a situaci lze napravit výměnou vody v nádrži a následným snížením množství krmiva.

Kvetou mořské řasy

Konkurenční hypotéza variability planktonu
Obrázek převzat z Behrenfeld & Boss 2014. s
laskavým svolením NAAMES, Langley Research Center, NASA

Turbulentní bouře v zimě víří oceán a dodávají živiny do sluncem osvětlených vod poblíž povrchu. To každé jaro vyvolává krmné šílenství, které dává vzniknout mohutným květům fytoplanktonu. Drobné molekuly nalezené uvnitř těchto mikroskopických rostlin sklízejí vitální energii ze slunečního světla prostřednictvím fotosyntézy. Přírodní pigmenty, zvané chlorofyl, umožňují fytoplanktonu prospívat v pozemských oceánech a umožňují vědcům sledovat výkvěty z vesmíru. Satelity odhalují polohu a množství fytoplanktonu detekcí množství chlorofylu přítomného v pobřežních a otevřených vodách - čím vyšší koncentrace, tím větší květ. Pozorování ukazují, že květy obvykle trvají až do pozdního jara nebo začátku léta, kdy zásoby živin klesají a dravý zooplankton se začíná pást. Vizualizace vlevo bezprostředně níže využívá data NASA SeaWiFS k mapování rozkvetlých populací.

Studie NAAMES byla pětiletým programem vědeckého výzkumu, který v letech 2015 až 2019 provedli vědci z Oregonské státní univerzity a NASA, aby prozkoumali aspekty dynamiky fytoplanktonu v oceánských ekosystémech a jak taková dynamika ovlivňuje atmosférické aerosoly , mraky a klima (NAAMES znamená studie severoatlantických aerosolů a mořských ekosystémů). Studie se zaměřila na subarktickou oblast severního Atlantského oceánu, kde se nachází jeden z největších opakujících se květů fytoplanktonu na Zemi. Dlouhá historie výzkumu v této lokalitě a také relativně snadná přístupnost učinily ze severního Atlantiku ideální místo pro testování převládajících vědeckých hypotéz ve snaze lépe porozumět roli emisí aerosolu fytoplanktonu v energetickém rozpočtu Země.

NAAMES byl navržen tak, aby se zaměřil na konkrétní fáze ročního cyklu fytoplanktonu: minimum, vrchol a přechodné snižování a zvyšování biomasy, aby se vyřešily debaty o načasování květových útvarů a vzorcích, které jsou hybnou silou každoroční obnovy květu. Projekt NAAMES také zkoumal množství, velikost a složení aerosolů generovaných primární výrobou , aby porozuměl tomu, jak cykly kvetení fytoplanktonu ovlivňují oblačné formace a klima.

Ve Francii jsou občané žádáni, aby hlásili barevné vody prostřednictvím projektu PHENOMER ( https://www.phenomer.org/ ). To pomáhá pochopit výskyt mořských květů.

Škodlivé řasy kvete

V roce 1999 rozkvetly řasy u jižního pobřeží Devonu a Cornwallu v Anglii
Satelitní snímek fytoplanktonu vířícího se kolem švédského ostrova Gotland v Baltském moři v roce 2005

Škodlivé vodní květ (HAB) je vodní květ, který způsobuje negativní dopady na jiné organismy prostřednictvím produkce přírodních toxinů, mechanickému poškození do jiných organismů, nebo jinými prostředky. Díky rozmanitosti těchto HAB je jejich správa ještě obtížnější a představují mnoho problémů, zejména v ohrožených pobřežních oblastech. HAB jsou často spojovány s velkými událostmi úmrtnosti na moři a jsou spojovány s různými druhy otrav měkkýšů .

Ve studiích na úrovni populace pokrytí květem významně souvisí s rizikem úmrtí na nealkoholické onemocnění jater .

Pozadí

V mořském prostředí se jednobuněčné mikroskopické organismy podobné rostlinám přirozeně vyskytují v dobře osvětlené povrchové vrstvě jakéhokoli vodního útvaru. Tyto organismy, označované jako fytoplankton nebo mikrořasy , tvoří základ potravinové sítě, na které jsou závislé téměř všechny ostatní mořské organismy. Z více než 5 000 druhů mořského fytoplanktonu, které existují na celém světě, je známo, že asi 2% jsou škodlivé nebo toxické. Květy škodlivých řas mohou mít velké a různorodé dopady na mořské ekosystémy, v závislosti na příslušném druhu, prostředí, kde se nacházejí, a mechanismu, kterým působí negativní účinky.

Bylo pozorováno, že škodlivé květy řas mají nepříznivé účinky na celou řadu vodních organismů, zejména na mořské savce, mořské želvy, mořské ptáky a finfish. Dopady toxinů HAB na tyto skupiny mohou zahrnovat škodlivé změny jejich vývojových, imunologických, neurologických nebo reprodukčních schopností. Nejnápadnějšími účinky HAB na mořskou faunu jsou rozsáhlé smrtelné události spojené s květinami produkujícími toxiny. Například na Floridském žebru na jaře 2004 došlo k hromadné úmrtnosti 107 delfínů skákavých v důsledku požití kontaminovaného menhadenu vysokými hladinami brevetoxinu . Úhyny kapustňáků byly také přičítány brevetoxinu, ale na rozdíl od delfínů byly hlavním toxinovým vektorem endemické druhy mořské trávy ( Thalassia testudinum ), ve kterých byly detekovány vysoké koncentrace brevetoxinů a následně nalezeny jako hlavní složka žaludečního obsahu kapustňáků.

Další druhy mořských savců, jako vysoce ohrožená severoatlantická pravá velryba , byly vystaveny neurotoxinům lovem vysoce kontaminovaného zooplanktonu . Vzhledem k tomu, že se letní lokalita tohoto druhu překrývá se sezónními výkvěty toxického dinoflagelátu Alexandrium fundyense a následnou pastvou pro kohoutky , pastva pravých velryb pohltí velké koncentrace těchto kontaminovaných kopepodů . Požití takto kontaminované kořisti může ovlivnit respirační schopnosti, stravovací chování a v konečném důsledku reprodukční stav populace.

Reakce imunitního systému byly ovlivněny expozicí brevetoxinu u jiného kriticky ohroženého druhu, mořské želvy hlupáka . Expozice brevetoxinu prostřednictvím inhalace aerosolovaných toxinů a požití kontaminované kořisti může mít klinické příznaky zvýšené letargie a svalové slabosti u mořských želv hlupáků, což způsobí, že se tato zvířata vyplaví na břeh ve sníženém metabolickém stavu se zvýšením reakcí imunitního systému na analýzu krve. Mezi příklady běžných škodlivých účinků HAB patří:

  1. produkci neurotoxinů, které způsobují masovou úmrtnost ryb, mořských ptáků, mořských želv a mořských savců
  2. lidská nemoc nebo smrt konzumací mořských plodů kontaminovaných toxickými řasami
  3. mechanické poškození jiných organismů, jako je narušení epiteliálních žaberních tkání u ryb, což má za následek udušení
  4. vyčerpání kyslíku ve vodním sloupci (hypoxie nebo anoxie ) z buněčného dýchání a degradace bakterií

Vzhledem ke svým negativním ekonomickým a zdravotním dopadům jsou HAB často pečlivě sledovány.

HAB se vyskytují v mnoha regionech světa a ve Spojených státech se opakují jevy ve více geografických oblastech. V zálivu Maine se často objevují květy dinoflagellátu Alexandrium fundyense , organismu, který produkuje saxitoxin , neurotoxin zodpovědný za paralytickou otravu měkkýšů . Známý „floridský příliv“, ke kterému dochází v Mexickém zálivu, je HAB způsobený Karenia brevis , dalším dinoflagelátem, který produkuje brevetoxin, neurotoxin zodpovědný za neurotoxickou otravu měkkýšů . Kalifornské pobřežní vody také zažívají sezónní výkyvy Pseudo-nitzschia , rozsivek , o kterém je známo, že produkuje kyselinu domoovou , neurotoxin zodpovědný za otravu amnézickými měkkýši . U západního pobřeží Jižní Afriky se HAB způsobené Alexandrium catanella vyskytují každé jaro. Tyto květy organismů způsobují vážné narušení rybolovu těchto vod, protože toxiny ve fytoplanktonu způsobují, že měkkýši krmení filtrem v postižených vodách se stávají jedovatými pro lidskou spotřebu.

Pokud událost HAB vyústí v dostatečně vysokou koncentraci řas, může dojít ke změně barvy nebo zakalení vody, která může mít různou barvu od purpurové po téměř růžovou, obvykle červenou nebo zelenou. Ne všechny květy řas jsou dostatečně husté, aby způsobily změnu barvy vody.

Červené přílivy

Červený příliv

Red Tide je termín, který se často používá jako synonymum pro HAB v mořských pobřežních oblastech; tento termín je však zavádějící, protože květy řas se mohou značně lišit v barvě a růst řas nesouvisí s přílivem a odlivem . Termín řasový květ nebo škodlivý květ řas od té doby nahradil červený příliv jako příslušný popis tohoto jevu.

Příčiny HAB

Není jasné, co způsobuje HAB; jejich výskyt v některých lokalitách se zdá být zcela přirozený, zatímco v jiných se jeví jako důsledek lidské činnosti. Kromě toho existuje mnoho různých druhů řas, které mohou vytvářet HAB, z nichž každý má jiné environmentální požadavky na optimální růst. Frekvence a závažnost HAB v některých částech světa byla spojena se zvýšeným zatížením živinami z lidské činnosti. V jiných oblastech jsou HAB předvídatelným sezónním výskytem vyplývajícím z pobřežního vzestupu, což je přirozený důsledek pohybu určitých oceánských proudů. Růst mořského fytoplanktonu (netoxického i toxického) je obecně omezen dostupností dusičnanů a fosfátů, které mohou být hojné v pobřežních zónách i v zemědělských odtokech. Faktorem je také typ dusičnanů a fosfátů dostupných v systému, protože fytoplankton může růst různou rychlostí v závislosti na relativním množství těchto látek (např. Amoniak , močovina , dusičnanový iont). Různé další zdroje živin mohou také hrát důležitou roli při ovlivňování tvorby květů řas, včetně železa, oxidu křemičitého nebo uhlíku. Jako možné faktory přispívající k HAB bylo také navrženo znečištění pobřežních vod způsobené lidmi (včetně hnojení železem) a systematické zvyšování teploty mořské vody . Úlohu při vzniku HAB pravděpodobně hrají i další faktory, jako je příliv prachu bohatého na železo z velkých pouštních oblastí, jako je Sahara . Některé květy řas na pobřeží Tichého oceánu byly také spojeny s přirozenými výskyty rozsáhlých klimatických oscilací, jako jsou události El Niño . HAB jsou také spojeny se silnými srážkami. Zatímco HAB v Mexickém zálivu se vyskytují od dob raných průzkumníků, jako je Cabeza de Vaca , není jasné, co tyto květy iniciuje a jak velkou roli v jejich vývoji hrají antropogenní a přírodní faktory. Není také jasné, zda zjevný nárůst frekvence a závažnosti HAB v různých částech světa je ve skutečnosti skutečným nárůstem, nebo je důsledkem zvýšeného pozorovacího úsilí a pokroku v technologii identifikace druhů. Nedávný výzkum však zjistil, že oteplování letních povrchových teplot jezer, které se v důsledku globálního oteplování v letech 1985 až 2009 za dekádu za dekádu zvýšily o 0,34 ° C , pravděpodobně také v příštím století zvýší kvetení řas o 20%.

Výzkum řešení

K výskytu HAB pravděpodobně přispívá pokles populací měkkýšů živících se filtrem, jako jsou ústřice . Řada výzkumných projektů jako takových hodnotí potenciál obnovených populací měkkýšů snížit výskyt HAB.

Vzhledem k tomu, že mnoho výkvětů řas je způsobeno velkým přílivem odtoku bohatého na živiny do vodního útvaru, mohou být programy pro čištění odpadních vod, omezení nadužívání hnojiv v zemědělství a snížení objemového odtoku účinné při snižování silných výkvětů řas v ústí řek , ústí řek a oceán přímo před ústím řeky. Živiny mohou být trvale odstraněny z mokřadů sklízejících mokřadní rostliny, čímž se sníží přísun živin do okolních vodních ploch. Pokračuje výzkum s cílem určit účinnost plovoucích rohoží orobince při odstraňování živin z povrchových vod příliš hluboko na to, aby udržely růst mokřadních rostlin.

Pozoruhodné výskyty

  • Lingulodinium polyedrum produkuje brilantní ukázky bioluminiscence v teplých pobřežních vodách. Viděn v jižní Kalifornii pravidelně nejméně od roku 1901.
  • V roce 1972 způsobil v Nové Anglii červený příliv toxický dinoflagellate Alexandrium (Gonyaulax) tamarense .
  • Největší zaznamenaný řas byl květ sinic Darling River z roku 1991 , převážně z Anabaena circinalis , od října do prosince 1991 přes 1 000 kilometrů (620 mi) řek Barwon a Darling .
  • V roce 2005 byla objevena kanadská HAB, která přišla dále na jih, než tomu bylo před lety, lodí nazvanou The Oceanus, která uzavřela lůžka měkkýšů v Maine a Massachusetts a varovala úřady až na jih jako Montauk ( Long Island , NY), aby zkontrolovaly své postele. Odborníci, kteří objevili reprodukční cysty na mořském dně, varují před možným rozšířením na Long Island v budoucnosti, což zastaví rybolov v této oblasti a průmysl měkkýšů a ohrozí turistický ruch, který představuje významnou část ekonomiky ostrova.
  • V roce 2008 byly podél zátoky Chesapeake Bay a blízkých přítoků, jako je řeka James, nalezeny velké květy řas Cochlodinium polykrikoid , které způsobily škody za miliony dolarů a četné uzavírky pláží.
  • V roce 2009 došlo v Bretani ve Francii k opakovanému kvetení makroskopických řas způsobenému vysokým množstvím hnojiv vypouštěných do moře v důsledku intenzivního chovu prasat , což způsobilo smrtící plynné emise, které vedly k jednomu případu bezvědomí člověka a třem úmrtím zvířat.
  • V roce 2010 rozpuštěné železo v popelu ze sopky Eyjafjallajökull spustilo v severním Atlantiku rozkvět planktonu .
  • V roce 2013, An vodní květ byla způsobena v Qingdao , Čína , od mořského salátu .
  • V roce 2014, Myrionecta rubra (dříve známá jako Mesodinium rubrum ), což je obrvený prvoka, že požije skrytěnky řasy, způsobila kvetou v jihovýchodní pobřeží Brazílie .
  • V roce 2014 způsobily modrozelené řasy rozkvet v západní pánvi jezera Erie a otrávily vodní systém Toledo, Ohio spojený s 500 000 lidmi.
  • V roce 2016 zavíral škodlivý květ řas na Floridě několik pláží (např. Palm Beach na Floridě ). Květy sestávaly z několika škodlivých rodů řas.
  • V roce 2019 byl škodlivý květ ve virginském jezeře Chris Greene, který byl ošetřen, znovu přístupný veřejnosti, ale voda se nadále testuje, aby se odstranily všechny škodlivé bakterie a jedy.
  • V roce 2019 byly na jezeře Erie opět problematické modrozelené řasy neboli květy sinic . Na začátku srpna 2019 satelitní snímky zobrazovaly květ o rozloze až 1300 kilometrů čtverečních s epicentrem poblíž Toleda v Ohiu . K dosud největšímu rozkvětu jezera Erie došlo v roce 2015, přičemž index závažnosti překročil 10,5 a v roce 2011 10 let. Velký květ nemusí nutně znamenat, že sinice ... budou produkovat toxiny “, řekl Michael McKay z University of Windsor. V srpnu probíhalo testování kvality vody.
  • V roce 2019 způsobil květ řas Noctiluca bioluminiscenční záři u pobřeží indického Chennai. Podobné výkyvy byly každoročně hlášeny v severním Arabském moři od počátku roku 2000.
Červená, oranžová, žlutá a zelená představují oblasti, kde přetéká řasami. Modré skvrny představují zóny chudé na živiny, kde kvete v malém počtu.
Americká pobřežní hlídka Cutter Healy dopravila vědce na 26 studijních míst v Arktidě, kde se květy pohybovaly v koncentraci od vysoké (červené) po nízkou (fialovou).
Výzkumník David Mayer z Clarkovy univerzity spouští videokameru pod led, aby pozoroval hustý květ fytoplanktonu.

Viz také

Reference

Další čtení

externí odkazy