3. Schadelijke algenbloei

Hoe teledetectie kan helpen algenbloei te detecteren en op te volgen

Het monitoren en voorspellen van algenbloei in het mariene milieu is in de voorbije jaren steeds belangrijker geworden, aangezien deze steeds meer aanzien wordt als een potentiële dreiging. Vooral op het vlak van beheer van natuurlijke rijkdommen en volksgezondheid zijn betrouwbare instrumenten nodig om schadelijke algenbloei (SAB) te detecteren en te monitoren, zodat matigende acties doeltreffend genomen kunnen worden.

Staalname van water vanop een onderzoeksvaartuig.
Foto: Ministerie van Energie van de V.S., Wetenschapsbureau

Metingen, uitgevoerd vanaf een onderzoeksvaartuig, het zogenaamde in-situ (ter plaatse) verzamelen van gegevens, is zeer nuttig om verschillende algensoorten te bepalen. Wanneer het echter de plaats en de verplaatsing van een algenbloei aankomt, weegt deze methode niet op tegen de kosten.

Hoe werkt het?

De voornaamste voordelen van het gebruik van teledetectie zijn een hoge ruimtelijke en temporele resolutie, wat wil zeggen dat grote gebieden met algenbloei kunnen worden bestudeerd en de verplaatsing ervan gevolgd door opnames op verschillende tijdstippen gemaakte te bekijken.

Door beide onderstaande beelden te vergelijken kun je zien hoe de chlorofylconcentratie in de zee binnen slechts één week kan veranderen. De pseudo-gekleurde opname laat het relatieve chlorofylgehalte van de zee zien van blauw en groen (laag) tot rood en geel (hoog).

Chlorofylconcentratie in de Noordzee- en Skagerrakregio op basis van MERIS-gegevens. Composietbeeld van 7 dagen over de periode van 12.03.2009 - 29.03.2009.
Bron: NERSC / ESA

Chlorofylconcentratie in de Noordzee- en het Skagerrak-regio op basis van MERIS-gegevens. Composietbeeld van 7 dagen over de periode van 16.03.2009 - 23.03.2009.
Bron: NERSC / ESA

Chlorofylconcentratie in de Noordzee- en het Skagerrak-regio op basis van MERIS-gegevens. Composietbeeld van 7 dagen over de periode van 16.03.2009 - 23.03.2009 (links) en 22.03.2009 - 29.03.2009 (rechts).
Bron: NERSC / ESA

Teledetectie van algenbloei is hoofdzakelijk gebaseerd op metingen van de oceaankleur. Optische teledetectie van algenbloei maakt gebruik van het feit dat water sterk wordt beïnvloed door algenpigmenten.

In de open oceaan worden veranderingen van de waterkleur enkel bepaald door fytoplankton.

In gebieden bij het strand of kustgebieden zijn de optische eigenschappen van zeewater veel complexer. Hier zijn ook sedimenten in suspensie en opgeloste organische verbindingen verantwoordelijk voor de kleur van de oceaan. De uitstroom van rivieren en regionale wind- en oceaanstromingspatronen veroorzaken troebelheid in kustwateren, die op hun beurt de optische eigenschappen van het water veranderen.

Welke kleur heeft de oceaan?

Jouw antwoord is waarschijnlijk blauw en daarmee heb je volkomen gelijk - voor de meeste wereldoceanen. Een van de belangrijkste dingen die de kleur van de oceaan beïnvloedt, is echter het fytoplankton dat chlorofyl bevat.

Planktonbloei in de Golf van Biskaje.
Dit Envisatbeeld van middelhoge resolutie laat de uitgestrekte Golf van Biskaje in de Atlantische Oceaan zien.
Langs het centrale deel van de kuststranden (Spaans en Frans) is het mogelijk verschillende kleurschakeringen te zien in de zee die anders zijn dan het gewoonlijke donkerblauw vanwege een sterke planktonbloei. Dit verschijnsel kan veroorzaakt zijn door enorme aanvoer van voedingsstoffen en/of gunstige lichtomstandigheden.

Bron: ESA

De vergelijking is tamelijk eenvoudig:

Wat meten satellieten?

Satellietsensoren detecteren het licht dat op het zeeoppervlak weerkaatst wordt in verschillende golflengtes. De chlorofylconcentraties kunnen dan afgeleid worden van satellietgegevens door de verhouding blauw/groen van de oceaankleur te berekenen. Hoe meer blauwe kleur er geabsorbeerd wordt, des te meer groene kleur er weerkaatst wordt, wat duidt op een hogere concentratie fytoplankton in het zeewater en omgekeerd.

Percentage reflectantie van helder (blauw) water en water dat vol algen zit (groen) (gegevens van Han, 1997).

In kustgebieden zijn grotere hoeveelheden anorganisch materiaal in suspensie en in oplossing in het zeewater. Hier wordt een andere methode gebruikt die chlorofyl berekent met behulp van de verhouding rood/nabij-infrarood.

Teledetectie van algenbloei: vereisten en beperking

Optische teledetectie kan waardevolle (en prachtige!) beelden opleveren van algenbloei, wanneer aan bepaalde criteria voldaan is. Deze zijn

• Geen wolkendek
• De algenbloei is dichtbij de oppervlakte
• De algenbloei veroorzaakt een merkbare verandering in de oceaankleur

Vanwege het dikke wolkendek boven de zee is onderstaande opname bijvoorbeeld niet erg bruikbaar voor het detecteren van mariene algen.

Ierland, ongewoon wolkenvrij, is hier te zien in dit "Medium Resolution Imaging Spectrometer (MERIS)"-beeld met verminderde resolutie.
Gedurende augustus 2003 werden de noordelijke breedtegraden gedomineerd door hoge luchtdruk, met helder zonlicht en intense hitte over de noordelijke landmassa's tot gevolg.
Aan de oostkust duidt de smaragdgroene kleur in de zee op sediment en mogelijks algen, die opwellen in de ondiepe kustwateren vanaf Greenore Point in het zuiden bij de monding van de Barrowrivier tot aan Dublin Bay in het noorden bij de monding van de Liffey River. Deze opname werd gemaakt met de banden 7, 5, en 2 van het MERIS-instrument, die overeenkomen met zichtbaar licht en bijzonder geschikt zijn om chlorofylpigmenten in water te detecteren.

Bron: ESA

Vraag:

Als je denkt aan wat je geleerd hebt over de aard van algenbloei en de methodes om ernaar te kijken vanuit de ruimte, zou je dan denken dat het mogelijk is op basis van een satellietbeeld te bepalen of een algensoort schadelijk is of niet?

Leer meer:

• Eutrofiëring
• Eutrofiëring in de Europese zeeën
• Schadelijke algen
• MERIS Oceaankleursensor
• SeaWiFS Oceaankleursensor
• SEOS tutorial Oceaankleur in de kustzone
  
• Lijst van huidige oceaankleursensoren
  (International Ocean Colour Coordinating Group, IOCCG) (Internationale Coördinatiegroep voor Oceaankleur)