Программа мониторинга состояния и тенденций (NS&T) Mussel Watch Национального управления океанических и атмосферных исследований США ( NOAA ) — это программа мониторинга загрязнения воды, которая началась в 1986 году. [1] Программа была вдохновлена доктором Эдом Голдбергом из Института океанографии Скриппса, но была задумана и разработана на семинаре, спонсируемом NOAA, который проводился в Battelle Ocean Sciences в 1984 году под руководством доктора Пола Д. Бёма. Это самая продолжительная непрерывная программа мониторинга загрязняющих веществ такого рода в Соединенных Штатах . [2] Mussel Watch отслеживает концентрацию загрязняющих веществ в двустворчатых моллюсках (мидиях и устрицах) и отложениях в прибрежных водах США, включая Великие озера , для мониторинга здоровья двустворчатых моллюсков и, как следствие, здоровья их местной и региональной среды. [2]
Mussel Watch консультируется с экспертами для определения соответствующих загрязняющих веществ для мониторинга; к ним относятся дихлордифенилтрихлорэтан ( ДДТ ), полициклические ароматические углеводороды ( ПАУ ) и полихлорированные бифенилы ( ПХБ ). По состоянию на 2008 год Mussel Watch отслеживает около 140 аналитов . [3] Помимо воздействия загрязняющих веществ, Mussel Watch может оценивать последствия стихийных бедствий , таких как ураган Катрина 2005 года , и экологических катастроф , таких как разлив нефти Deepwater Horizon 2010 года . [4] Данные, собранные Mussel Watch, также могут быть использованы для мониторинга эффективности прибрежной рекультивации. [3] Программа Mussel Watch использовала свои 20-летние данные мониторинга для эффективного анализа последствий урагана Катрина и повлияла на регулирующие решения на основе данных, которые она собрала о паразитах двустворчатых моллюсков. [5] [6] [7]
NOAA описывает цель Mussel Watch как «поддержку управления на основе экосистемы посредством комплексной общенациональной программы экологического мониторинга, оценки и исследований для описания состояния и тенденций эстуариев и побережий нашей страны». [3] Mussel Watch — это программа, которая отслеживает состояние двустворчатых моллюсков на предмет наличия загрязняющих веществ вдоль побережий Соединенных Штатов. Эта программа была запущена в 1986 году и с тех пор является самой продолжительной правительственной программой мониторинга, имеющей общенациональное влияние. [3] Она была создана в ответ на законодательный мандат по сохранению морской среды. В 2008 году они опубликовали оценку своих данных с 1986 по 2005 год. [3] В этом отчете показаны концентрации многих различных металлов и органических загрязнителей за два десятилетия сбора данных. Используя этот набор данных, можно определить тенденции для различных прибрежных районов. Начиная с 2000 года ученые, которых NOAA отправляло на сбор мидий, сменили компании, и программа Mussel Watch начала нанимать гражданских ученых для сбора мидий; Этот подход сэкономил много денег для программы. Это можно увидеть на местном уровне в штате Вашингтон, где Комитет по природным морским ресурсам округа Снохомиш координировал работу с программой Mussel Watch в 2007 году, чтобы нанять граждан для сбора образцов из прибрежных вод округа Снохомиш. [8] В 2010 и 2012 годах студенты Университета Западного Вашингтона помогали общественным работам округа Уотком . Первоначально Mussel Watch отслеживала районы, известные загрязнением, где данные можно было легко найти, и отслеживала тенденции в данных о токсичности. Теперь основное внимание уделяется областям, вызывающим беспокойство, которые курируют такие организации, как Агентство по охране окружающей среды ( EPA ). Вместо того чтобы сосредотачиваться только на тенденциях в данных, Mussel Watch пытается выяснить, оказала ли данная политика на самом деле положительное влияние на конкретную окружающую среду. [9]
Mussel Watch использует сочетание национального надзора NOAA с сетью региональных и местных групп для мониторинга состояния прибрежной зоны на всей территории Соединенных Штатов. NOAA и его Национальные центры прибрежных океанических наук (NCCOS) имеют штат ученых по всей территории Соединенных Штатов и сотрудничают с другими федеральными, государственными, неправительственными организациями и партнерами из частного сектора по всему миру для совместной работы над достижением целей Программы наблюдения за мусселями. Загрязнение в одном прибрежном регионе может привести к последствиям в районах, находящихся в тысячах миль от них, и наличие общенациональной программы мониторинга позволяет NOAA отслеживать эти последствия. [3] Для поддержания качества данных Программа наблюдения за мусселями использует процесс обеспечения качества (QA), основанный на производительности . Национальный институт стандартов и технологий ( NIST ) и Национальный исследовательский совет Канады ( NRC ) помогают аналитическим лабораториям в упражнениях, чтобы гарантировать, что данные, собранные во всех лабораториях, имеют сопоставимую точность и достоверность. [3] Процесс QA снижает внутрилабораторные и межлабораторные вариации. [10]
Полный список регионов наблюдения за мидиями приведен ниже.
В настоящее время NOAA поддерживает более 65 активных гражданских научных проектов, включая Mussel Watch. В 2013 году было сформировано Гражданское научное сообщество практики NOAA, чтобы помочь гражданским ученым собирать и обмениваться передовым опытом, делиться ресурсами и предоставлять поисковую базу данных гражданских научных проектов NOAA. Сообщество из более чем 120 членов продолжает работать, чтобы помогать гражданским ученым. [11] Примером сотрудничества между национальными и местными группами является пилотный проект штата Вашингтон 2009/10 Mussel Watch. [12] Программа оценки и мониторинга залива Пьюджет-Саунд (PSAMP) Департамента рыбных ресурсов и дикой природы округа Снохомиш (MRC), Управление поверхностными водами округа Снохомиш, Грант Вашингтона на море и Mussel Watch NOAA сотрудничали в: «провести полевой отбор проб для сезона Mussel Watch 2009/10 в водах Вашингтона, оценить возможность объединения полевого отбора проб с существующим мониторингом токсичных загрязняющих веществ в заливе Пьюджет-Саунд, продемонстрировать и оценить использование гражданских ученых в качестве основного ресурса для проведения полевых работ и исследовать осуществимость Mussel Watch в качестве инструмента мониторинга в заливе Пьюджет-Саунд». [12] Это включало в себя помощь представителя NOAA персоналу PSAMP и волонтерам в успешном отборе проб на всех участках Mussel Watch. Результатом этого пилотного проекта стало значительное сокращение рабочего времени профессиональных сотрудников в полевых условиях благодаря помощи и надлежащей подготовке гражданских ученых-волонтеров. [12] Надлежащая подготовка волонтеров необходима для поддержания последовательных и точных методов сбора. [13]
Более 140 химических загрязнителей (аналитов) отслеживаются программой Mussel Watch. Агентство по охране окружающей среды перечисляет многие из этих аналитов как приоритетные загрязнители в соответствии с Законом о чистой воде. [3] Они были выбраны на основе их биодоступности , возможного поглощения и хранения в тканях животных, токсичности для водной флоры и фауны и потенциального вреда для человека.
Металлы, измеряемые в программе Mussel Watch, включают алюминий, сурьму, мышьяк, кадмий, хром, медь, железо, свинец, марганец, ртуть, никель, селен, кремний, серебро, таллий, олово и цинк. Эти металлы поступают как из природных, так и из антропогенных источников. [3] Различные виды двустворчатых моллюсков обладают различной способностью к биоаккумуляции следовых металлов , и в результате устрицы будут накапливать примерно в 10 раз больше цинка и меди , чем мидии. Мидии будут накапливать примерно в 3 раза больше свинца, чем устрицы. [3] Отчет за 20-летний период, выпущенный программой Mussel Watch в 2008 году, показал, что более высокие концентрации металлов обнаружены в урбанизированных и индустриальных регионах, и нет существенной разницы в концентрациях металлов между Восточным побережьем, Западным побережьем и регионами Великих озер. С течением времени наблюдается увеличение концентрации металлов по всей стране. [3]
По состоянию на 2008 год органические загрязнители, отслеживаемые Mussel Watch, включали 51 конгенер ПХБ (из возможных 209), [10] 65 ПАУ, ДДТ, бутилтин, хлордан и дильдрин . Полный список доступен на сайте http://NSandT.noaa.gov. [3] Большинство органических загрязнителей, отслеживаемых Mussel Watch, имеют антропогенное происхождение, за исключением ПАУ, поскольку они происходят как из природных процессов, так и из антропогенных источников. [3] Конгенеры ПХБ были выбраны на основе списка критериев, включая то, что выбранные конгенеры уже измеряются другими научными организациями. [10] Органические загрязнители можно сравнивать по всем участкам и всем видам, используемым Mussel Watch. [3] Тот же 20-летний отчет, обсуждаемый в разделе «Металлы», показал, что, подобно металлам, повышенные уровни органических загрязнителей также обнаруживаются в урбанизированных и индустриальных регионах. Органические загрязнители были обнаружены на каждом участке. [3]
« Гистопатологический компонент программы наблюдения за мидиями позволяет количественно оценить стадию развития гамет и распространенность почти 70 заболеваний и паразитов, обнаруженных в мидиях и устрицах. Тенденции в гистопатологических данных могут помочь оценить последствия глобального потепления ». [3]
В 1986 году программа Mussel Watch Program охватывала только 145 участков, но к 2008 году это количество выросло до примерно 300 активных участков мониторинга в континентальной части США, на Аляске, в Пуэрто-Рико и на Гавайях. Многие из этих участков совпадают с участками EPA Mussel Watch 1976-1978 годов, а новые участки были выбраны после консультаций с государственными чиновниками и академическими специалистами по поводу идеального размещения. [3] Критерии выбора участков включают:
Программа Mussel Watch не использует мидий в клетках, вместо этого она использует встречающихся в природе двустворчатых моллюсков. [10] Места были распределены на расстоянии 10–100 км друг от друга, чтобы лучше представлять большие прибрежные районы, что позволяет NOAA более точно построить общенациональную оценку. В результате Mussel Watch можно использовать для «мониторинга пространственного распределения и временных тенденций химических концентраций в прибрежных и эстуарных регионах США». [13]
Не существует ни одного вида мидий или устриц, который был бы общим для всех прибрежных регионов США, поэтому виды для конкретного участка выбираются на основе их распространенности и простоты сбора. «Мидии ( вид Mytilus ) собирают на побережьях Северной Атлантики и Тихого океана, устрицы ( Crassostrea virginica ) — в средней Атлантике (залив Делавэр) на юге и вдоль побережья Мексиканского залива, а зебровые дрейссены ( вид Dreissena ), инвазивный вид, собирают на участках в Великих озерах». [3]
Большинство полевых сборов и лабораторных работ проводятся лабораториями, не являющимися контрактными организациями NOAA. [10] По крайней мере один раз в год в период с ноября по март волонтеры на каждом участке Mussel Watch собирают две группы по 50-100 двустворчатых моллюсков. Образцы должны быть собраны в течение трех недель с даты первого взятия проб на участке. [10] Это означает, что если образец был впервые взят 15 апреля 1987 года, то все будущие образцы в последующие годы должны быть взяты в течение трех недель с 15 апреля. Одна группа используется для тестирования органических загрязнителей, а другая группа используется для определения микроэлементов (металлов). [13] Осадок с участка, подверженного воздействию той же водной массы, что и соответствующий участок двустворчатых моллюсков, и находящегося на расстоянии не более 2 км, собирается одновременно с двустворчатыми моллюсками. Измеряемые критерии осадка включают общий органический и карбонатный углерод, содержание влаги, размер частиц, концентрацию Clostridium perfringens и концентрацию копростанола (это больше не измерялось после 1989 года). [10] В зависимости от характеристик участка используются различные методы сбора двустворчатых моллюсков. Двустворчатая драга используется в воде глубже 2 м, щипцы из нержавеющей стали используются в воде глубиной 2-2,5 м с мягким дном, вилы из нержавеющей стали или грабли quahog используются в воде глубиной менее 1 м, а сбор вручную осуществляется на некоторых участках береговой линии. [10] Затем двустворчатые моллюски очищаются, упаковываются в ледяные контейнеры и отправляются в соответствующую аналитическую лабораторию в течение двух дней после сбора. [3]
NOAA заключила с TDI-Brooks International пятилетний контракт на анализ химии отложений и тканей двустворчатых моллюсков с 21 сентября 2009 года по 20 сентября 2014 года. TDI-Brooks также проводила испытания в течение предыдущих десяти лет с 1999 по 2009 год. TDI-Brooks и их филиал B&B Laboratories проводят органический химический анализ, Ратгерский университет является субподрядчиком для проведения гистопатологического анализа, а Texas A&M является субподрядчиком для проведения анализа металлов и питательных веществ. [14] Из-за разлива нефти Deepwater Horizon ресурсы этих лабораторий были переключены на химический анализ высокоприоритетных образцов для Мексиканского залива . Это вызвало значительные задержки, в некоторых случаях более чем на год, результатов анализа для программы наблюдения за мидиями. [15]
Национальный архив образцов тканей и осадков: многие проекты NOAA включают различные программы для получения желаемой информации. Национальная программа NOAA по состоянию и тенденциям начала использовать образцы мидий, устриц и дрейссены, собранные в рамках программы Mussel Watch в 1985 году, в качестве средства для начала создания банка образцов. Этот банк образцов позволяет NOAA делать снимок определенных интересующих загрязняющих веществ в любой момент времени, позволяя с помощью аналитических методов определять концентрацию желаемого соединения в тканях. Это позволяет регулирующим органам лучше понимать историю определенного соединения. [16] Другим проектом, который использовал преимущества программы Mussel Watch, была оценка прибрежных вод, пострадавших от урагана Катрина в 2005 году. Изучая мелководье на предмет концентраций ДДТ, обычных хлорированных пестицидов, ПХБ, ПАУ и металлов после урагана, ученые NOAA смогли сравнить результаты с данными мониторинга за последние 20 лет из той же области. Эта последовательная и историческая запись загрязняющих веществ из программы Mussel Watch оказалась эффективной при анализе последствий урагана Катрина. [7] Патология паразитов в двустворчатых моллюсках с использованием образцов тканей устриц и мидий, собранных с помощью программы Mussel Watch, была исследована на наличие паразитов. Изменение численности паразитов в географическом отношении и с течением времени может быть хорошим индикатором воздействия загрязняющего вещества. [5] Результаты этих скринингов патологий использовались для определения уровней загрязнения и повлияли на регулирующие решения. [6]
Mussel Watch публикует отчеты примерно каждые 2 года относительно большинства сайтов и регионов. Некоторые сборники и другие известные публикации, которые были созданы в прошлом, включают:
Вероятно, самой важной публикацией, которая вышла из программы Mussel Watch, является «Оценка двух десятилетий мониторинга загрязняющих веществ в прибрежной зоне страны». [3] Эта публикация была предназначена для использования учеными, заинтересованными гражданами, а также правительственными и другими регулирующими органами. Этот отчет включает тенденции и относительные уровни 140 различных химикатов в 300 местах отбора проб по всей территории США и Пуэрто-Рико . Охватывая период с 1986 по 2006 год, этот отчет служил для информирования политиков и заинтересованных лиц за пределами регулирующих органов. [3] Еще одной заметной публикацией является отчет под названием «Оценка полибромированных дифениловых эфиров (ПБДЭ) в отложениях и двустворчатых моллюсках прибрежной зоны США». В этом отчете исследовался относительно новый класс соединений, известных как полибромированные дифениловые эфиры (ПБДЭ), которые действуют как антипирены. Они встречаются во многих потребительских пластиках, текстиле, электронике и мебельных подушках. В этом отчете были показаны относительные уровни загрязнения географически и высокие уровни ПБДЭ были связаны с территориями с высокой плотностью населения. Это было важно из-за потенциальной угрозы, которую эти соединения представляют для глобального распространения. [17]
Great Lakes Mussel Watch поддерживает президентскую инициативу по восстановлению Великих озер — один из многих текущих проектов Mussel Watch. Этот проект, получивший внимание и финансирование от президентской инициативы по восстановлению Великих озер (GLRI), является типичным примером типов проектов, для которых используется Mussel Watch. Рассматривая проблемные зоны (AOC) в Великих озерах США, Mussel Watch увеличил размеры и частоту выборки, а также обновил методы, включая тестирование мидий в клетках, когда места обитания моллюсков недоступны. [18] Рассматривая как концентрации отложений, так и тканей мидий, исследователи смогли лучше определить усилия по восстановлению в AOC Большого озера. Как и многие другие текущие проекты Mussel Watch, GLRI использует как исторические данные Mussel Watch, так и все более временные и пространственные приоритетные данные, что приводит к более надежным наборам данных, гораздо более применимым к конкретным AOC. [18]
Мидии являются организмом, выбранным для мониторинга уровней загрязнения в прибрежных районах по ряду причин. Большинство мидий, как правило, сидячие и не могут перемещаться в другое место, если их среда обитания загрязняется; это делает их хорошими показателями загрязнения окружающей среды. Мидии не так легко усваивают некоторые органические вещества, как позвоночные, что делает их лучшим выбором при отслеживании таких веществ, как ПАУ. Кроме того, большинство мидий являются фильтраторами и фильтруют воду через свои тела, чтобы питаться. Эта фильтрация делает их главными целями для сбора загрязняющих веществ в воде. [3] Мидии могут предоставить информацию о том, восстанавливается ли система и эффективны ли усилия по восстановлению или очистке. При успешном восстановлении ожидается снижение уровня загрязняющих веществ в организмах. Примером этого является залив Лавака , штат Техас, который является местом, которое было загрязнено из-за хронических выбросов ртути с близлежащего предприятия. Мониторинг уровней ртути в устрицах в течение нескольких лет показал, что содержание ртути в заливе снижается. [19] Благодаря характеру своего фильтрационного питания двустворчатые моллюски позволяют Mussel Watch отслеживать изменения уровней загрязнения в окружающей среде путем мониторинга концентраций тканей двустворчатых моллюсков. Это важно, поскольку может показать, действительно ли работает политика, призванная защищать и очищать окружающую среду или экосистему. Mussel Watch можно использовать для оценки текущей политики, чтобы определить, какие изменения, если таковые имеются, необходимо внести для обеспечения улучшения состояния окружающей среды.