Hampir tepat tiga tahun yang lalu, pada Agustus 2014, penduduk Toledo, Ohio diberitahu untuk segera berhenti minum air kota mereka. Penasihat "jangan minum" berlangsung selama tiga hari, dan mengirim penduduk melintasi batas negara untuk mencari air minum kemasan. Hampir setengah juta orang terkena dampaknya.
Pelakunya? Ganggang biru-hijau yang disebut cyanobacteria di Danau Erie, pasokan air kota. Ketika kondisinya benar, cyanobacteria mekar menjadi tikar besar dan berlumpur. Mekar ini dapat menghasilkan racun yang disebut microcystin, yang menyebabkan sejumlah efek kesehatan pada manusia, mulai dari ruam dan diare hingga kerusakan hati. Karena perubahan iklim dan dampak manusia seperti limpasan pertanian, mekar beracun ini menjadi lebih umum.
"Masalahnya benar-benar mendunia, " kata ahli ekologi perairan Tom Johengen, associate director dari Cooperative Institute for Great Lakes Research di University of Michigan.
Johengen dan rekan-rekannya berharap Danau Erie, salah satu danau yang paling parah terkena dampaknya di Amerika, mungkin menjadi yang pertama mendapatkan manfaat dari solusi baru. Mereka sedang bereksperimen dengan teknologi baru - "laboratorium robot" dasar danau - untuk menguji air dan memberikan informasi dan peringatan dini tentang polusi.
Teknologi ini disebut pengolah sampel lingkungan, atau ESP, dan diposisikan di dasar danau empat mil dari asupan air untuk pasokan air kota Toledo. Terlihat seperti pemadat sampah industri, ESP kadang-kadang digambarkan sebagai "lab dalam kaleng." ESP yang sepenuhnya otomatis menguji air sekali atau dua kali sehari, dan mengirimkan hasilnya secara nirkabel kepada para peneliti.
Ini jauh lebih cepat daripada proses tradisional, yang melibatkan peneliti bepergian dengan perahu ke berbagai lokasi, mengumpulkan, menyaring dan mengekstraksi sampel air, kemudian menganalisis mereka untuk racun. Itu bisa memakan waktu hingga dua hari. Dan sementara pabrik pengolahan air memantau persediaan mereka untuk racun juga, mereka menguji air pada titik asupan. Ini berarti jika mereka menemukan sesuatu, itu sudah pada dasarnya di dalam instalasi pengolahan air. Lab-in-a-can bisa memberikan peringatan hingga satu hari tentang mendekatnya racun ganggang.
ESP Danau Erie adalah yang pertama dari jenisnya yang digunakan dalam sistem air tawar. Ada laboratorium serupa di lepas pantai Maine dan Washington, serta lokasi lain, yang digunakan terutama untuk memantau racun yang mungkin mempengaruhi kerang-kerangan. Penelitian dari Stanford menunjukkan ESP dapat membantu memberikan peringatan dini kepada nelayan dan pelaut rekreasi di lingkungan air asin, membiarkan mereka tahu air dan ikan di dalamnya mungkin terkontaminasi. Tetapi ketika cyanobacteria berkembang semakin buruk, para peneliti mengatakan ESP kemungkinan akan menjadi lebih umum di air tawar.
Perubahan iklim akan memperburuk masalah karena dua alasan, kata Johengen. Yang pertama adalah menghangatkan air. Cyanobacteria menyukai kehangatan, dan berkembang dalam suhu di atas 68 derajat Fahrenheit. Alga lain lebih suka suhu yang lebih dingin, jadi ketika air menjadi cukup hangat, cyanobacteria mulai mengimbanginya dan mengambil alih area yang luas. Alasan kedua adalah limpasan. Perubahan iklim mengubah pola cuaca dan menghasilkan badai yang lebih hebat. Hujan deras menghasilkan banyak limpasan pertanian, mengeringkan pupuk dari pertanian ke pasokan air. Cyanobacteria melahap dan tumbuh subur dari nutrisi ini.
"Kombinasi air hangat dan input tinggi dari limpasan benar-benar dapat memicu mekar ini, " kata Johengen.
Para peneliti berharap untuk menggunakan data ESP dalam hubungannya dengan model komputer untuk memahami dengan tepat bagaimana perilaku cyanobacteria berkembang. Mereka berencana untuk melacak pergerakan mekar baik secara horizontal maupun vertikal di dalam air, menggunakan informasi tentang arus dan angin. Ini penting karena lokasi dan pergerakan bunga dapat memprediksi bagaimana hal itu dapat memengaruhi manusia. Mekar permukaan mungkin hanya mempengaruhi rekreasi air, yang berarti perenang dan pelaut harus berhati-hati. Tetapi mekar yang didorong dalam oleh arus dapat mempengaruhi pasokan air, karena pabrik pengolahan umumnya mengambil air mereka dari dekat ke bawah. Pada akhirnya, para peneliti berharap untuk menggunakan data untuk membantu mencegah mekar sebanyak mungkin.
“Pemberantasan mekar kemungkinan tidak akan pernah terjadi, tetapi kita benar-benar dapat mengurangi ukuran dan dampak dari mekar ini, ” kata Tim Davis, seorang ahli ekologi dari Laboratorium Penelitian Lingkungan Danau Kelautan dan Atmosfer Nasional (NOAA).
Proyek ini, kolaborasi antara Lembaga Koperasi untuk Penelitian Great Lakes, Laboratorium Riset Lingkungan Great Lakes di NOAA, Pusat Nasional untuk Ilmu Kelautan Pesisir NOAA dan Institut Riset Akuarium Monterey Bay, berencana untuk membawa dua ESP lagi ke Danau Erie. Dua akan digunakan setiap saat, dan yang ketiga dapat diputar sesuai kebutuhan.
ESP bukan "peluru perak, " kata Davis. Para peneliti masih akan melakukan pemantauan mingguan untuk mendapatkan berbagai informasi yang lebih besar tentang air di banyak lokasi, tidak hanya di mana ESP digunakan. Namun dia dan rekan-rekannya percaya teknologi serupa akan menjadi lebih umum karena mereka menjadi lebih kecil dan lebih murah. Saat ini ESP memiliki berat sekitar 1.000 pound dan biaya $ 375.000.
Sebelas juta orang tinggal di tepi Danau Erie, yang paling dangkal dan paling hangat dan paling ganggang di Danau-Danau Besar. Semua berdiri untuk dipengaruhi oleh peningkatan mekar beracun. Begitu juga penduduk di dekat banyak danau Amerika lainnya, termasuk perairan yang sangat besar seperti Danau Okeechobee di Florida dan Danau Utah, dekat Salt Lake City. Pemotongan anggaran dan relaksasi peraturan lingkungan di bawah administrasi saat ini dapat membatalkan rencana untuk pembersihan air, membuat danau lebih rentan terhadap racun. Dengan ESP, mungkin penduduk setidaknya bisa mendapatkan peringatan sebelum racun masuk ke air minum mereka.
