Сточные воды усиливают токсичное цветение водорослей у берегов Калифорнии

Исследование показало: 97% азота, попадающего в прибрежные воды Южной Калифорнии, приходит из сточных вод. Это увеличивает уровень домоевой кислоты на 25%, а у выпускных труб — более чем на 50%. Токсин отравляет морских львов и угрожает людям.

Одноклеточные водоросли в хрупких стеклянных иголочках, диатомеи Pseudo-nitzschia могут быть крошечными, но они играют огромную роль в экосистемах, которые населяют.

«Домоевая кислота — штука суровая. Это нейротоксин. Это повреждение нервов».

Когда виды Pseudo-nitzschia, вырабатывающие домоевую кислоту, размножаются во время вредоносного цветения водорослей у побережья Калифорнии, морские млекопитающие, морские птицы и люди, съевшие зараженную токсином рыбу и моллюсков, могут тяжело заболеть.

«Домоевая кислота — штука суровая. Это нейротоксин. Это повреждение нервов», — сказал Дэйв Бейдер, директор по операциям и образованию в Центре ухода за морскими млекопитающими, который спасает и лечит больных и раненых морских обитателей в округе Лос-Анджелес. Массовые выбросы отравленных домоевой кислотой калифорнийских морских львов на пляжи округа когда-то были редкостью, но в последние годы стали обычным явлением. Токсин распространяется по пищевой сети, когда животные поедают диатомей и друг друга, но страдают лишь некоторые.

В Южной Калифорнии диатомеи Pseudo-nitzschia — естественная часть фитопланктонного сообщества. Тысячелетиями цветение фитопланктона было связано с подъемом питательных веществ, которые увеличиваются во время Ла-Нинья и уменьшаются во время Эль-Ниньо. Но цветения стали более частыми и более токсичными. «Домоевой кислоты просто стало гораздо больше, чем раньше», — сказала Кларисса Андерсон, океанограф из Института океанографии Скриппса при Калифорнийском университете в Сан-Диего.

По всему миру вредоносное цветение водорослей становится все более вредоносным — часто как по глобальным причинам, таким как изменение климата и закисление океана, так и по локальным, таким как уровень питательных веществ в сточных водах.

Но насколько велика роль локальных факторов? Чтобы это выяснить, Андерсон и ее коллеги смоделировали диатомеи Pseudo-nitzschia и прибрежные процессы в Южной Калифорнии, чтобы определить, насколько сточные воды и стоки урбанизированных районов влияют на цветение и домоевую кислоту. Исследование опубликовано в журнале Harmful Algae.

Размножение диатомей и токсинов

23 миллиона жителей Южной Калифорнии создают колоссальный объем сточных вод. Очистка удаляет патогены, но такие питательные вещества, как азот, остаются. Из азота, который попадает с суши в море в этом регионе, почти весь — 97% — поступает из сточных вод, объяснил Марко Сандоваль-Бельмар, постдокторант-океанограф из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе и ведущий автор исследования. Из оставшегося азота 2% приходится на городские или сельскохозяйственные стоки. Менее 1% — природный.

Pseudo-nitzschia быстро размножаются при наличии азота, пока у них есть другие питательные вещества, особенно кремний, необходимый для их стеклянных раковин. Если кремния не хватает, диатомеи не могут размножаться, но если у них остается азот, они продолжают производить домоевую кислоту. Кремний в этом регионе, поступающий в основном из поднявшихся глубинных вод, сокращается уже десятилетиями, сказала Андерсон. Когда кремния из глубин меньше, а азота с суши больше, диатомеи могут превращаться в фабрики домоевой кислоты.

Андерсон, Сандоваль-Бельмар и их коллеги добавили модель размножения и выработки токсина Pseudo-nitzschia в широко используемую модель прибрежных океанических процессов и биогеохимии. Они смоделировали прибрежный океан Южной Калифорнии за 2006–2017 годы, включая насыщенные питательными веществами сточные воды и стоки, сбрасываемые в океан за это время. Чтобы проверить, насколько модель соответствует реальным цветениям, они сравнили ее с данными, собранными Системой наблюдений за прибрежным океаном Южной Калифорнии за тот же период. Второй прогон модели с чистой водой, стекающей с побережья, имитировал уровень домоевой кислоты без питательных веществ с суши.

Согласно модельным расчетам, азот с суши увеличил уровень домоевой кислоты в пределах 15 километров от берега в среднем примерно на 25%. Но смоделированные уровни токсина были неравномерными; в некоторых местах уровень домоевой кислоты вырос более чем на 50%. «Особенно вблизи крупных выпусков сточных вод модельное производство домоевой кислоты значительно выше», — сказал Сандоваль-Бельмар.

Моделирование убедительно показывает, что «питательные вещества оказывают влияние и расширяют окно возможностей для цветений в Южной Калифорнии», сказала Кайла Келли, менеджер программы качества воды в Калифорнийском совете по защите океана, который частично финансировал исследование. Келли надеется, что подобное моделирование поможет выявить драйверы цветений и севернее. «Ряд исследований показывает, что в северной части Калифорнийского течения, охватывающей Орегон и Вашингтон, драйверы иные», — сказала она. Цветения севернее связывают с необычно теплой водой, что часто происходит во время Эль-Ниньо.

Как сделать вредоносное цветение менее вредоносным

Когда люди спрашивают Андерсон, что можно сделать, чтобы остановить вредоносное цветение, она делает паузу.

«Они существуют тысячелетиями. Мы не сможем просто остановить эти цветения».

«На это действительно трудно ответить, потому что они существуют тысячелетиями. Мы не сможем просто остановить эти цветения», — сказала она, добавив, что диатомеи Pseudo-nitzschia могут быть и полезными, поскольку служат пищей для морских обитателей и вырабатывают кислород.

Но токсин, который производят диатомеи, — большая проблема, чем само цветение. «Мы не можем предотвратить эти события, но можем снизить их суммарное воздействие», — сказал Бейдер. «Если убрать выпуск сточных вод из уравнения, проблемы, по сути, больше нет, или она становится совсем другого масштаба», — сказал он. Меньшие цветения с меньшим количеством домоевой кислоты снизили бы угрозу дикой природе.

Существуют методы удаления почти всего азота из сточных вод, и в Калифорнии есть стремление заняться наземными источниками азота, сказала Келли. «Государственный совет по контролю за водными ресурсами рассматривает правила качества воды для решения проблемы закисления океана, эвтрофикации и воздействия антропогенных питательных веществ на океанические воды», — написала Келли в письме Eos. Кроме того, некоторые очистные сооружения обязались самостоятельно сократить питательные вещества. Но это не простое решение: изменения будут дорогостоящими и займут десятилетия.

Хотя огромное население Южной Калифорнии вносит вклад в азотную проблему, оно же означает, что на побережье нет недостатка в жителях, готовых присматривать за животными в беде. «Наблюдение за океаном помогает», — сказал Сандоваль-Бельмар.

Океан, который тонет в наших отходах

История с домоевой кислотой — это история о том, как человеческая деятельность меняет химию океана.

97% азота, попадающего в прибрежные воды Южной Калифорнии, — из сточных вод. Это не случайная утечка. Это результат жизни 23 миллионов людей, чьи отходы после очистки все равно несут питательные вещества в море.

Диатомеи Pseudo-nitzschia — не захватчики. Они были здесь всегда. Но мы дали им то, чего им не хватало для взрывного роста: азот без кремния. В этих условиях они перестают размножаться и начинают производить яд.

Морские львы выбрасываются на пляжи с искривленными шеями — классический признак отравления домоевой кислотой. Они страдают от судорог, дезориентации и повреждений мозга. Те, кто выживает, часто остаются инвалидами.

Решение существует: технологии могут удалить почти весь азот из сточных вод. Но цена высока, а внедрение займет десятилетия.

А пока — океан продолжает получать наш азот, диатомеи продолжают производить токсин, а морские животные продолжают платить цену.

Источники: Gardiner, L. S. (2026), Wastewater can take harmful algal blooms from bad to worse, Eos, 107, DOI: 10.1029/2026EO260282; исследование в Harmful Algae; комментарии Клариссы Андерсон, Марко Сандоваля-Бельмара и Кайлы Келли.