Schadelijke algenbloei kan grote problemen veroorzaken in kustgebieden en meren in de Verenigde Staten. Wanneer toxinebevattende waterorganismen zich vermenigvuldigen en een bloei vormen, het kan mensen en huisdieren ziek maken, drinkwater vervuilen, en gedwongen sluitingen op vaar- en zwemplekken.

Met beperkte middelen om deze vaak onvoorspelbare bloemen te monitoren, waterbeheerders wenden zich tot nieuwe technologieën van NASA en haar partners om potentiële gevaren te detecteren en bij te houden. Dit is met name van cruciaal belang in meren en stuwmeren die mensen gebruiken voor zowel recreatie als watervoorziening.

Een nieuwe app voor mobiele Android-apparaten, van de U.S. Environmental Protection Agency (EPA) en nu beschikbaar op Google play, zal ambtenaren en leden van het publiek waarschuwen wanneer zich een schadelijke algenbloei kan vormen, afhankelijk van specifieke veranderingen in de kleur van het water waargenomen door satellieten. De app is een product van het multi-agency Cyanobacteria Assessment Network, of CyAN.

"Het is interessant om remote sensing te gebruiken als een eye-in-the-sky, systeem voor vroegtijdige waarschuwing om een ​​beeld te krijgen van schadelijke cyanobacteriën in Amerikaanse binnenmeren, " zei Jeremy Werdell, de NASA Goddard Space Flight Center lead voor CyAN, die ook de EPA omvat, de U.S. Geological Survey (USGS) en de National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA).

"De middelen zijn beperkt, en het is niet voor iedereen op de grond mogelijk om de hele tijd alle binnenwateren in de gaten te houden, " zei hij. "Satellieten bieden een hulpmiddel om te informeren hoe en wanneer middelen moeten worden besteed om watermonsters te gaan verzamelen."

NASA bestudeert al tientallen jaren de waterkwaliteit vanuit de ruimte, beginnend in 1978 met het Coastal Zone Color Scanner-instrument dat de kleur van de oceaan gebruikte om fytoplanktonpopulaties te bestuderen. Met latere instrumenten, zoals de Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer op NASA's Terra- en Aqua-satellieten, de resolutie was goed genoeg om grotere binnenmeren en stuwmeren te onderscheiden, en wetenschappers begonnen de gegevens te gebruiken om de handtekeningen van cyanobacteriën in zoet water te detecteren.

Cyanobacteriën komen van nature voor in veel wateren, van de Grote Meren tot kleine buurtvijvers. In kleine aantallen, deze algen zijn geen probleem. Maar onder de juiste omstandigheden - warm water, zonlicht, plus voedingsstoffen die vaak landbouwvelden wegspoelen - cyanobacteriën kunnen zich vermenigvuldigen en potentieel giftige bloemen vormen.

Hoewel de individuele algen microscopisch klein zijn, bloemen zijn vanuit de ruimte te zien. In enorme aantallen, cyanobacteriënbloei kan verschijnen als grote groene banen en vlekken vanwege hun belangrijkste fotosynthetische pigment. Hun aanwezigheid kan ook worden gedetecteerd met behulp van fluorescentie, die algenbloei uitstoten als reactie op blootstelling aan zonlicht. Door gebruik te maken van de unieke eigenschappen van de bloem, instrumenten op de NASA/USGS Landsat-satellieten, de Copernicus Senteinel-2- en Copernicus Sentinel-3-satellieten van het Europees Ruimteagentschap, evenals een aantal anderen, zijn in staat om de aanwezigheid van algen te lokaliseren.

Met computerprogramma's die zijn ontwikkeld om die satellietwaarnemingen van Sentinel-3 te kraken, NASA-supercomputers produceren wekelijkse rapporten over de kleur - en andere informatie over de waterkwaliteit - van meer dan 2, 000 meren in de Verenigde Staten als onderdeel van het CyAN-project, zei Bridget Seegers, een onderzoekswetenschapper bij Goddard in Greenbelt, Maryland.

Gebruikers van de nieuwe CyAN-app kunnen een bepaald meer markeren met een speld - die als groen verschijnt als het meer bloeivrij lijkt, geel als er algen aanwezig zijn maar onder een bepaalde zorgdrempel, of rood, wat aangeeft dat er waarschijnlijk een bloei aanwezig is. Het is niet alleen ontworpen voor waterkwaliteitsmanagers, Seegers zei, maar voor mensen die een kano op hun auto zetten en overleggen waar ze heen moeten, of een outfitter die mensen naar het beste meer leidt om te kajakken.

CyAN is gestart in 2015, en heeft samengewerkt met staats- en lokale instanties om potentieel schadelijke bloemen te identificeren, zei Blake Schaeffer, een onderzoeksecoloog bij de EPA en de leiding van dat bureau voor het programma.

Waterkwaliteitsmanagers met EPA-regio's en Office of Water werkten samen met CyAN om de app- en satellietgegevens te testen en te evalueren, hij zei, verder, burger wetenschappers groepen, tribale groepen en het publiek hebben ook interesse getoond in de gegevens.

"We leggen de kracht van de satellietinformatie rechtstreeks in de handen van de mensen, "Zei Schaeffer. "Ze hoeven niet te minen voor gegevens; ze kunnen ervoor kiezen om de gegevens naar hen te laten pushen."

Het programma heeft beperkingen, echter. De satellieten kunnen niet door wolken kijken, en vanwege de resolutie van Sentinel-3A, meren zouden iets meer dan 900 meter breed moeten zijn om gegevens van de hoogste kwaliteit te kunnen volgen.

Om nog kleinere meren en stuwmeren te bekijken, Schaeffer en anderen wenden zich tot Landsat. Vanwege problemen met clouds (en een minder frequente herhaling), Landsat-satellieten, wetenschappers krijgen elke maand ongeveer één duidelijke meting van een bepaalde site. Maar met de hogere ruimtelijke resolutie van Landsat, ze kunnen informatie over de waterkwaliteit volgen van meer dan 60% van de Amerikaanse meren en reservoirs, of meer dan 170, 000 waterlichamen.

Landsat en Sentinel-3 zijn complementair; Landsat heeft een grotere ruimtelijke resolutie, terwijl Sentinel-3 vaker gegevens verzamelt over individuele locaties en golflengten detecteert die geschikter zijn voor cyanobacteriën. In aanvulling, Landsat-satellieten hebben thermische sensoren die kunnen worden gebruikt om de oppervlaktetemperatuur van meren, wat handig is, omdat warmere temperaturen de bloeigroei bevorderen. Schaeffer onderzoekt hoe die extra factor kan worden toegevoegd aan het monitoringsprogramma.

uiteindelijk, het doel is om een ​​monitoringsysteem voor de waterkwaliteit te creëren dat gebruikmaakt van gegevens uit vele bronnen:Sentinel-2, landsat, en andere satellieten, evenals informatie verzameld op het water, zei Nima Pahlevan, een onderzoeker bij Goddard en lid van het wetenschappelijke team van Landsat.

Hij en zijn team werken aan de beste manier om Landsat- en Sentinel-gegevens te gebruiken om meren te identificeren, rivieren, reservoirs en andere waterlichamen met overmatige algen aanwezig. De Landsat-missie is sinds het einde van de jaren zeventig actief, zodat onderzoekers en waterbeheerders de geschiedenis van een bepaald meer kunnen volgen om te bepalen of elk meer - of mogelijk zelfs een individuele pixel in een afbeelding van een meer - is veranderd, en als het een bloei aangeeft.

"We hopen dat met deze beelden, geproduceerd in bijna realtime - binnen slechts 3 tot 4 uur - kunnen we een systeem bouwen om waarschuwingen te geven die specifiek zijn voor elk meer of reservoir, ' zei Pahlevan.

Een uitdaging waarmee de groep wordt geconfronteerd, is dat er niet veel watermetingen worden gedaan over de verschillende meren om mee te vergelijken, en verifieer, wat de satelliet meldt. Met steun van het Landsat Project Science Office, Pahlevan en medewerkers hebben drie instrumenten in Green Bay geplaatst, Wisconsin, Lake Okeechobee, Florida, en Grizzlybaai, Californië, om metingen van het water te doen ter vergelijking met Landsat en andere satellietmetingen.

Met die gegevens uit het veld, en werk deze zomer, waaronder het volgen van een handvol meren met Landsat en Sentinel-2, Pahlevan hoopt het programma tegen de zomer van 2020 op te bouwen en uit te breiden tot een operationeel systeem met meer locaties.

Voor mensen als Donalea Dinsmore, die werkt voor het Wisconsin Department of Natural Resources (DNR), meer instrumenten voor satellietmonitoring zouden een welkome aanvulling zijn op de reeks methoden die de staat gebruikt om in de gaten te houden waar schadelijke algenbloei plaatsvindt. Elke zomer, de afdeling krijgt vragen of de groene mest die op meren drijft schadelijk is, of meldingen van honden die ziek werden na het zwemmen in of drinken uit een meer, ze zei. De DNR van Wisconsin heeft medewerkers die toezicht houden op vele van de duizenden meren in de staat, maar ze kunnen niet overal komen.

"Met 15, 000 meren, kun je ze allemaal bezoeken? En afhankelijk van wanneer je langskomt, je zou zomaar een bloei kunnen missen, "Zei Dinsmore. "Het kan een heel ingewikkeld en duur bewakingsprogramma zijn als je er blind in gaat."