تغییرات آب و هوایی گسترش شکوفایی جلبکی را تسریع می‌کند

تغییرات آب و هوایی گسترش شکوفایی جلبکی را تسریع می‌کند

خطر رو به رشد برای شیلات و آبزی‌پروری

میکروجلبک‌ها برای حیات در اقیانوس‌ها دارای اهمیت بنیادین هستند. با فتوسنتزی که انجام می‌دهند آنها اولین حلقه زنجیره غذایی دریایی را تشکیل می‌دهند که مبنای وجود حیات در اقیانوس‌هاست. تحت شرایط خاص، ممکن است این جلبک‌های کوچک رشد انبوه و خارج از کنترل داشته باشند. در نتیجه شکوفایی جلبکی اغلب پیامدهای جدی زیست‌محیطی و اقتصادی داشته و حتی ممکن است مسمومیت ایجاد کنند.

بیشمار جلبک میکروسکوپی در اَشکال مختلف در اقیانوس‌ها و سایر محیط‌های آبی سیاره ما شناورند. آنها پایه زندگی آبی محسوب می‌شوند، چرا که تحت تأثیر پرتوهای بسیار پرانرژی خورشیدی، می‌توانند دی‌کسید کربن ارگانیک را به واسطه فتوسنتز به بیوماس ارگانیک قابل استفاده بیولوژیکی تبدیل کنند. در این پروسه اکسیژن آزاد می‌شود که برای تنفس تمام ارگانیسم های زنده ضرویست. بنابراین یک فلور سرشار از میکروجلبک مطلوب و مفید است، اما گاهی کلونی‌های جلبک خارج از کنترل شده و به طور ناگهانی در مقیاس انبوه تکثیر می‌شوند. بعد تعدادشان با سرعتی افزایش می‌یابد که آب تیره شده و جلبک‌ها لایه‌های ضخیم را روی سطح آب تشکیل می‌دهند. رنگ آنها بسته به نوع غالب جلبک‌ها ممکن است سبز یا قهوه‌ای و گاهی متمایل به آبی باشد. تأثیرگذارترین حالت، شکوفایی جلبکی با رنگ قرمز تیره است که به آن پدیده ‌”کشند قرمز” می‌گویند. این اسم بسیار مرسوم است، چرا که اغلب بدون درنظر گرفتن رنگ واقعی جلبک‌ها، بکار می‌رود.

به لحاظ تئوری تمام میکروجلبک‌ها (فیتوپلانکتون‌ها) می‌توانند ‌”شکوفایی انفجاری” داشته باشند، اما به عنوان یک قانون تنها گونه‌های پلانکتونی اندکی به این شکل تکثیر می‌شوند. میکروجلبک‌هایی از نژاد کارنیا، اوگلنا و Oocystis به طور ویژه و همچنین برخی جلبک‌های آبی (Microcystis, Oscillatoria, Anabaena) شکوفایی دارند که به تعبیر دقیق‌تر جلبک نیستند و باکتری (cyanobacteria) محسوب می‌شوند. هر شکوفایی جلبکی به لحاظ وسعت، تراکم، ماندگاری و تأثیر روی محیط‌زیست و جوامع محلی منحصر به‌فرد است. یک شکوفایی خفیف با تراکم بالای جلبکی می‌تواند پیامدهای بیشتری نسبت به شکوفایی بزرگ با تراکم پایین‌تر ایجاد کند. برخی انواع شکوفایی پلانکتون‌ها ممکن است باعث بیماری و حتی مرگ موجودات شوند، چون جلبک موادی آزاد می‌کند که برای ماهیان، سخت‌پوستان، پرندگان، پستانداران دریایی و انسان‌ها سمّی است. چنین پدیده‌های سمی شکوفایی جلبکی را ‌”شکوفایی جلبکی مضر‌” یا به اختصار HAB می‌نامند. متأسفانه این اصطلاح اغلب برای تمام انواع شکوفایی جلبکی از جمله پدیده‌های “نرمال” و غیرسمی نیز بکار می‌رود و اینچنین اثر زبان‌شناختی خود را از دست می‌دهد.

شکوفایی جلبکی ممکن است طبیعی بوده و یا با دخالت انسان ایجاد شود. در حال حاضر تأثیرات انسانی به وضوح دیده می‌شود است. شکوفایی طبیعی در اقیانوس‌ها را می‌توان اغلب بعد از رخداد طوفان یا جریانات اقیانوسی مشاهده کرد که مواد مغذی را از لایه‌های عمیق‌تر به سطح آب می‌آورند (اثر فراچاهندگی). ممکن است این مواد مغذی با عوامل دیگری ترکیب شوند که گسترش شکوفایی جلبکی را تقویت کند، مانند دمای بالای آب و پرتوهای قوی خورشیدی. در این صورت فیتوپلانکتون‌ها بدون دخالت انسان رشد می‌کنند. در گزارشی از قرن شانزدهم اسپانیا ذکر شده، سرخ‌پوستان فلوریا “آب‌های قرمز” مسمومی را توصیف می‌کردند که “ماهیان و پرندگان را می‌کشد”. امروزه انسان‌ها نقش مهمی در توسعه شکوفایی جلبکی برعهده دارند، چرا که مقادیر زیادی مواد مغذی را وارد آب‌ها می‌کنند و در نتیجه جلبکها در بسیاری نقاط بیش از اندازه بارور می‌شوند (پدیده یوتریفیکاسیون). پساب‌های شهری که به درستی تصفیه نمی‌شوند و آبراهه‌های کشاورزی نیتروژن و فسفات زیادی وارد رودخانه‌ها، دریاچه‌ها، آب پشت سدها و مناطق ساحلی کم‌عمق می‌کنند. در این مناطق اغلب شکوفایی جلبکی در درجات مختلف در هوای گرم‌تر اتفاق می‌افتد. در این شرایط حتی یک “جرقه اولیه” و کوچک کافیست تا این پدیده آغاز شود. مثلا، افزایش غلظت آهن در آب دریا که اغلب باعث ازدیاد انفجاری سیانوباکتری‌ها می‌شود. یا راکد بودن محیط‌های آبی با لایه‌های دمایی مختلف رسوبات ماندگاری ایجاد می‌کند که مقدار نمک را کاهش می‌دهد. بعد از چند روز آفتابی ناچارا در آبهای یوتروف شکوفایی جلبکی رخ می‌دهد.

درصورت فراهم بودن شرایط مناسب، حتی گرد و غبار ناشی از صحرای جنوبی نیز می تواند کشند قرمز ایجاد کند. ماهواره‌های ناسا به ردیابی مسیر ابری از ریزگردها پرداختند که در ۱۷ ژوئن ۱۹۹۹ از صحرای آفریقا برخاسته بود و به سمت شرق حرکت کرده و در ۱ جولای به غرب فلوریدا رسید. چون ریزگردها صحرای آفریقا دارای ترکیبات آهن است، غلظت آهن در این منطقه تا سه برابر افزایش یافت و یک شکوفایی جلبکی عظیمی را در ۱۳,۰۰۰ کیلومتر مربع بوجود آورد.

 

پیامدهای جدی زیست‌محیطی و اقتصادی

ارزیابی کمّی تأثیرات مستقیم و غیرمستقیم شکوفایی جلبکی بینهایت دشوار است. جلبک‌ها بسته به نوع آنها می‌توانند واقعا پیامدهای جدی زیست‌محیطی، اقتصادی و سلامتی در پی داشته باشند. به طور کلی، دیده شده بخش‌های تفریحی و توریستی از این پدیده بسیار آسیب می‌بینند: هتل‌ها و رستوران‌های نزدیک به مکان وقوع شکوفایی جلبکی اغلب با کاهش ناگهانی مشتری روبرو می‌شوند. چه کسی دوست دارد زمانی که به تعطیلات می‌رود یا در کنار ساحل قدم می‌زند یک مایع جلبکی ضخیم و بد بو در ساحل پراکنده باشد؟ بعلاوه، بررسی‌های روتین که برای هشدار در خصوص شکوفایی جلبکی ضروریست، دارای هزینه است. وجود جلبک در آب باعث می‌شود تصفیه آب آشامیدنی گران‌تر شده و زمین‌های اطراف دریاچه‌ها ارزش خود را از دست بدهند. در ۲۰۱۴، ۵۰۰,۰۰۰ نفر که اطراف دریاچه Lake Erie (USA) زندگی می‌کردند تحت تأثیر قرار گرفتند. در آن زمان، عرضه آب آشامیدنی به دلیل مسمومیت حاصل از شکوفایی جلبکی به مدت چند روز کاملا متوقف شد. مواد سمی جلبک‌ها در آب را نمی‌توان از بین برد حتی با جوشاندن آب. در زمان بروز پدیده شکوفایی جلبکی سمی آسیب‌های سلامتی قابل توجه است. مثلا جبلک Pseudo-nitzschia، سمی موسوم به دوموئیک اسید تولید می‌کند که می‌تواند باعث استفراغ، اسهال، سرگیجه، گرفتگی عضلات و از دست دادن حافظه کوتاه-مدت شود و حتی در صورت مصرف زیاد مرگ را به دنبال خواهد داشت. سیانوباکتری گونه Microcystis که باعث شکوفایی جلبکی می‌شود سه گروه سم سیانوتوکسین تولید می‌کند: نوروتوکسین‌ها که به اعصاب آسیب می‌زنند، پپتید هپاتوتوکسین‌ها که به کبد آسیب شدید وارد می‌کنند و درماتوکسین‌ها که باعث جراحت پوستی و اختلالات تنفسی می‌شود. کودکان و سالخوردگان با سیستم ایمنی پایین به طور خاص به سموم جلبکی حساسیت بیشتری نشان می‌دهند.

شکوفایی جلبکی
یک مورد شکوفایی جلبکی در دریای سیاه مرکزی. جبلک‌ها در مکانی‌هایی متراکم می‌شوند که حرکت عمودی و افقی آب در دریای سیاه بهترین مواد غذایی و شرایط نوری را برای رشد جلبک فراهم می‌کند و بعد با گردش آب امتداد می‌یابند.

 

یک مطالعه در US هزینه تصفیه پاتوژن‌های دریایی و سموم جلبکی را سالانه ۹۰۰ میلیون دلار برآورد می‌کند. اگر پیامدهای طولانی مدت احتمالی درنظر گرفته شود، این ارقام بالاتر خواهد رفت.

شکوفایی جلبکی سمی آسیب‌های قابل توجهی به کاهش درآمد شیلات و آبزی‌پروری وارد می‌کند. یکی از این موارد مسمومیت ماهی است که به صورت همه گیر در آبهای گرم‌تر دریا اتفاق می‌افتد و محصولات متابولیکی (سیگوآتوکسین) حاصل از میکروجلبک عامل ایجاد آن است. پرورش ماسل و اویستر به طور ویژه در خطر است، چرا که آنها در زمان فیلتر کردن جلبک‌ها در آب به طور طبیعی سموم را جمع‌آوری می‌کنند (‌”زیست انباشتگی”). مصرف این ماسل یا اویستر ‌”مسموم” می‌تواند به بیماری‌های خطرناکی منجر شود، از گزگز ملایم در اندام‌ها و مشکلات گوارشی گرفته تا تپش قلب و اختلال در هماهنگی و اختناق حاصل از اختلالات تنفسی. این بیماری‌ها شامل مسمومیت فلجی نرمتنان (PSP)، مسمومیت اسهالی نرمتنان (DSP) و مسمومیت فراموشی نرمتنان (ASP) است. به دلیل این خطرات تمام محیط‌های آبی که ماسل و اویستر در آنها پرورش می‌یابند به شدت توسط مقامات پایش می‌شود و اگر تراکم جلبک از سطح بحرانی فراتر رود یا مسمومیت در نرمتنان دیده شود، ورود محصول به بازار در آن منطقه متوقف می‌شود. این اقدام ایمنی مصرف‌کننده را تضمین می‌کند اما مانع از ضرر مالی مزرعه‌دار نمی‌شود.

آبزی‌پروری جهانی در دهه‌های اخیر خسارات بسیاری از شکوفایی جلبکی متحمل شده است. برای مثال، شکوفایی جلبکی گونه Chattonella در دریای داخلی ستو (ژاپن) بیش از ۱۴ میلیون ماهی پرورشی به ارزش ۶۰ میلیون دلار را از بین برد. در ساحل نروژ، بیش از ۵۰۰ تن ماهی با ارزش تجاری ۵ میلیون دلار به دلیل رشد جلبک Chrysochromulina در ۱۹۸۸ نابود شد. در ۱۹۹۸ صدها هزار ماهی در محیط بسته توری در ساحل گواندونگ چین به دلیل دینوفلاژله مسموم (عمدتا گونه‌ها Karenia mikimotoi و Karenia digitata) از بین رفتند. در خلیج فارس و خلیج عمان شکوفایی جلبک دینوفلاژله Cochlodinium polykrikoides  در حجم انبوه در سال ۲۰۰۹ به صخره‌های مرجانی، ذخایر طبیعی ماهی و بسیاری از مزارع ماهی آسیب زد و همچنین مشکلات زیادی در کارخانه‌های آب شیرین‌کن در سراسر منطقه ایجاد کرد و ذخیره آب آشامیدنی را در معرض خطر جدی قرار داد. هرچند این مثال‌ها به هیچ وجه تمام موارد نیست، بخصوص اینکه به نظر می‌رسد تکرار این پدیده رو به افزایش باشد. در می ۲۰۱۹، مزرعه‌داران سالمون در شمال نروژ از بین رفتن ۱۱,۶۰۰ تن سالمون به ارزش حدود ۱۰۲/۵ میلیون یورو در نتیجه شکوفایی جلبکی پایدار را گزارش دادند. صنعت سالمون شیلی در سال ۲۰۱۶ حتی آسیب شدیدتری را متحمل شد و ۱۴ درصد بیوماس معادل ۴۰,۰۰۰ تن ماهی را به دلیل مسمومیت حاصل از شکوفایی جلبکی از دست داد. در آن زمان شرکت AquaChile به تنهایی معادل ۳۸/۸ میلیون یورو خسارت برآورد کرد. در دو مزرعه شرکت گریگ سیفود در بریتیش کلمبیا (کانادا) در سال ۲۰۱۸ محصول سالمون به ارزش ۲/۶ میلیون یورو در اثر شکوفایی جلبکی قوی و ناگهانی که غیرمنتظره اتفاق افتاد، نابود شد. این پدید با وجود بازرسی‌های منظم از سایت قابل پیش‌بینی نبود.

شکوفایی جلبکی
سایه‌های آبی و سبز درخشان که آب نزدیک دریای نروژ را پر کرده‌اند احتمالا فیتوپلانکتون‌ هستند، یعنی ارگانیسم‌های میکروسکوپی گیاه-مانند که روی سطح آب اقیانوس زندگی می‌کنند.

 

مشکلات آینده شکوفایی جلبکی ممکن است شدیدتر باشد

برخی سموم جلبکی علاوه بر تأثیر روی آب، می‌توانند به اتمسفر نیز آسیب جدی وارد کنند. برخی جلبک‌ها در کشند قرمز نوروتوکسین (سم اعصاب) منتشر می‌کنند که مانند حمله نظامی با گاز سمی، روی موج‌های قرمز شناور می‌ماند. به این ترتیب آبزیانی مانند دولفین، نهنگ، گاو دریایی (manatee و فیل دریایی) و انسان‌ها در معرض خطر جدی قرار می‌گیرند. چندین میلیون ماهی و صدها پستاندار دریایی در چنین فاجعه جلبکی در ساحل فوریدا از بین رفتند. ابرهایی از گاز مسموم که با باد به ساحل حرکت کردند در بسیاری از افراد، باعث تحریک مخاطی شدید و مشکلات تنفسی شد.

حتی شکوفایی جلبکی غیر-سمی می‌تواند یک مشکل بسیار جدی باشد. لایه متراکمی از جلبک روی سطح آب نور را از ماکروفیت‌ها (گیاهان آبزی بزرگ) می‌گیرند و اینچنین مانع از رشد و حیات آنها می‌شوند. در دهه ۱۹۷۰ و ۲۰۰۰ مساحت زیادی از علفزارهای دریایی در خلیج چساپیک نابود شد. حتی بعد از دوره شکوفایی زمانی که جلبک‌های مرده فرو رفته و به کف آب می‌رسند، باز هم خطر آنها برطرف نمی‌شود. مواد ارگانیک مرده لایه ضخیمی را تشکیل می‌دهند که ساختارهای زیر آب را می‌پوشاند و این مواد با باکتری‌های مصرف‌کننده اکسیژن تجزیه می‌شوند. در برخی مناطق باکتری‌ها آنقدر اکسیژن مصرف می‌کنند که ‌”مناطق مرده” هیپوکسیکی (کم‌اکسیژن) در عمق آب شکل می‌گیرد و بوی بسیار نامطلوب از سولفید هیدروژن متصاعد می‌کند. ارگانیسم‌هایی که نمی‌تواند از این مناطق ناسازگار فرار کنند دچار خفگی شده و می‌میرند.

به شدت گمان می‌رود تغییرات اقلیمی، گرمایش زمین و افزایش دمای آب می‌تواند به قوی‌تر شدن و تکرار بیشتر پدیده شکوفایی جلبکی منتهی شود. چنین شرایطی یک چرخه مرگبار را به جریان می‌اندازد که این پروسه را تقویت خواهد کرد. به دلیل لایه‌های ضخیم‌تر جلبکی روی سطح آب که نور بیشتری می‌گیرند، دمای آب به صورت محلی افزایش یافته و رشد جلبک‌ها تسریع می‌شود. در واقع پدیده مضر شکوفایی جلبکی از دهه ۱۹۸۰ در سطح جهانی افزایش یافته است. افزایش خشکسالی‌های درازمدت که اغلب بارش‌های سنگین به دنبال دارد در تشدید این پدیده مؤثر است. به این ترتیب که فرسایش خاک افزایش یافته و مواد غذایی بیشتری را از زمین‌ها وارد محیط‌های آبی اطرف می‌کند. تأثیرات متقابل تمام این فاکتورها شرایط مستعدی را برای شکوفایی جلبکی ایجاد می‌کند.

البته میکرو جلبک‌ها می‌توانند نقش مهمی در مبارزه با گرمایش زمین ایفاء کنند؛ می‌توان گفت، در زمانی که نیاز به کاهش کربن در اتمسفر وجود دارد آنها یک “سلاح مخفی” هستند. در سراسر جهان جلبک‌ها بیشتر از درخت‌ها دی‌اکسید کربن را جذب می‌کنند، چرا که مساحت بیشتری را در اقیانوس پوشش می‌دهند و سریع‌تر رشد می‌کنند. محققان شرایط اقلیمی برآورد می‌کنند بر مبنای همین بیوماس مقدار دی‌اکسید کربنی که میکروجلبک از اتمسفر تبدیل می‌کند می‌تواند ۴۰۰ برابر مؤثرتر از یک درخت باشد. با فرض دانستن روش‌های صحیح، بسیاری از محصولاتی که به لحاظ تجاری دارای متقاضی است را می‌توان به روش پایداری از توده جلبک تولید کرد، سوخت‌های زیستی که جایگزین سوخت‌های فسیلی مانند نفت خام هستند، روغن‌های جلبک سرشار از امگا ۳ که برای خوراک ماهی در آبزی‌پروری بکار می‌رود، پلاستیک‌های ساخته شده از جلبک و حتی همبرگرهای گیاهی از جمله این محصولات هستند. بطری شامپو، سطل زباله، بشقاب یا کفش ورزشی که از پلیمر جلبک ساخته می‌شود محصولات سازگار با محیط زیست محسوب می‌شوند که جانشین مواد اولیه مرسوم خواهند بود، اما تولید مبتنی بر جلبک اغلب بیش از حد گران است و هنوز سودآور محسوب نمی‌شود. البته، اگر آسیب‌های پدیده‌های شکوفایی جلبکی مدنظر قرار بگیرد، محاسبه قابلیت سوددهی وجهه بسیار مطلوب‌تری پیدا خواهد کرد.

شکوفایی جلبکی
رشد فیتوپلانکتون در دریای برنتس تا ساحل بیشتر مناطق شمال اروپا، Cape Nordkinn امتداد یافته است. هرچند بیشتر انواع فیتوپلانکتون‌ها میکروسکوپی هستند، کلروفیلی که برای فتوسنتز استفاده می‌کنند در مجموع رنگ آب‌هایی اقیانوس را تغییر می‌دهد.

نیاز فوری به کاهش ورودی مواد مغذی

پیدایش و تأثیر کشند قرمز یک پدید جهانی است که باعث خسارات مالی بزرگی می‌شود، ثبات اکوسیستم‌های آبی را به خطر می‌اندازد، مانع از استفاده از منابع آبی مهم می‌شود و اغلب سلامت انسان را به مخاطره می‌اندازد. پیچیدگی علت‌های شکوفایی جلبکی، پیش‌بینی قابل اطمینان چنین رویدادهایی را بینهایت دشوار می‌سازد. فاکتور دیگری که در این مشکل سهیم است این واقعیت است که کارشناسان هنوز نتوانستند در خصوص یک آستانه الزام‌آور بین‌المللی به توافق برسند که بالاتر از آن تراکم جلبکی ‌”شکوفایی” قلمداد می‌شود. چند صد یا چند هزار سلول- بسته به نوع جلبک- در هر میلی لیتر برای آن کافیست یا باید به چند میلیون برسد؟ در مورد فوران‌های آتش‌فشانی یا زلزله ما فاکتورهای عامل ایجاد آنها را می‌دانیم، اما هنوز هم پیش‌بینی دقیق زمان یا وسعت خرابی‌ها غیرممکن است. محققان جلبک مدت‌هاست روی متدهای مؤثر سنجش و پروسه‌های قابل اطمینان شناسایی تحقیق می‌کنند و نسبت به توسعه شکوفایی جلبکی هشدار می‌دهند. آنها روند دمای اقیانوس در مناطق بزرگ را پایش کرده و تراکم مواد غذایی را مرتبا گزارش می‌کنند. به این ترتیب تراکم جلبکی تعیین می‌شود. این داده‌ها را وارد مدل‌های کامپیوتری می‌کنند که صحت آن به طور مستمر افزایش می‌یابد. محققان همچنین از فضا نیز پشتیبانی می‌شوند؛ تصاویر ماهواره‌ای برای محاسبه وسعت شکوفایی جلبکی بسیار مفیدند. اما مهم نیست شما چگونه به آن نگاه می‌کنید، پیش‌بینی‌ها تنها زمانی قابل اطمینان هستند که شکوفایی جلبکی در حال شکل‌گیری باشد

در حال حاضر اقدامات بیشتری صورت نمی‌گیرد. به غیر از اسپری کردن مواد شیمیایی کشنده جلبک که اغلب بیش از شکوفایی جلبکی برای محیط‌زیست مضر است، تکنولوژی دیگری در دسترس نیست تا وسعت و تراکم رشد پلانکتونی را کاهش دهد. این وضعیت ناامیدکننده نیست، چرا که ما عوامل ایجاد شکوفایی جلبکی را می‌دانیم و حداقل باید با علت‌های ریشه‌ای که می‌توانیم در خصوص آنها دست به اقدام بزنیم، مبارزه کنیم. کاهش ورودی مواد غذایی به محیط‌های آبی از اهمیت حیاتی برخوردار است. با تصفیه‌ مؤثرتر پساب‌ها، روش‌های بهتر کشاورزی، محافظت بیشتر از تالاب‌هایی که به عنوان فیلترهای طبیعی مواد غذایی عمل می‌کنند و همچنین جلوگیری از فرسایش خاک می‌توان ورود مواد غذایی به محیط‌های آبی را کاهش داد. زمانی که رسوبات انباشته می‌شوند باید ‌”جمع‌آوری” شوند، تا فورا وارد محیط‌های آبی پر از مواد غذایی نشوند. این روش هرچند دشوار و پر هزینه، اما امکان‌پذیر است.