Am Ufer des Chautauqua Lake in New York blickte eine Gruppe von Wissenschaftlern nach oben und verfolgte mit ihren Augen eine Drohne, die durch den Himmel fliegt. Doch während sie nach oben blicken, suchen sie nach dem, was unten liegt. Hellgrünes Wasser schwappte an den Strand - eine schädliche Algenblüte (HAB), die das Ökosystem des Sees stört. Die Drohne - ein zwei Meter hohes, ferngesteuertes Gerät - trug den Corning® microHSI™ 410 SHARK Hyperspectral Imaging (HSI) Sensor und sammelt Daten über die mysteriöse Blüte.

HABs sind eine Ansammlung von Blaualgen, die sich auf vielfältige Weise präsentieren. Oft erscheinen sie wie Farbe auf der Wasseroberfläche. Ein anderes Mal sind sie ein schlierenartiger Schaum. Ihre Farbe kann variieren. Wenn Unbeteiligte HABs beobachten und dem New Yorker Department of Environmental Conservation, ist es meist schon zu spät.

„Die von schädlichen Algenblüten produzierten Toxine können gesundheitliche Probleme verursachen, die von Hautreizungen über neurologische Störungen bis hin zu Verdauungsproblemen reichen”, so Dr. Courtney Wigdahl-Perry, außerordentliche Professorin für Biologie an der State University of New York (SUNY) in Fredonia. „Es ist bekannt, dass sie bei Haustieren und Nutztieren zum Tod führen können.”

Wigdahl-Perry ist eine Wissenschaftlerin, die HABs erforscht, um Seenmanager mit Informationen darüber zu versorgen, warum, wo und wann diese Blüten im ganzen Bundesstaat auftreten. HABs sind nicht nur eine Gefahr für die öffentliche Gesundheit, sagt sie, sondern schaden auch dem lokalen Tourismus, wenn sie die Strände schließen. Und wenn die Algen zerfallen, nehmen Bakterien den Sauerstoff des Sees in Beschlag, was zu Fischsterben führt.

Der Staat New York hat HABs als „Bedrohung” eingestuft. Im Jahr 2018 startete Gouverneur Andrew Cuomo eine 65-Millionen-Dollar-Initiative zur Bekämpfung der Blüte, die bei wärmeren Temperaturen gedeiht und sich von Stickstoff und Phosphor in landwirtschaftlichen Abwässern aus Kunstdünger und Gülle ernährt. Im selben Jahr stellte Corning Enterprises 50.000 US-Dollar für die Entwicklung eines umfassenden Wassereinzugsgebietsplans für die Finger Lakes in der Umgebung des Hauptsitzes von Corning in New York zur Verfügung.

Wigdahl-Perry traf Patrick Jackson, den Direktor von Global Energy Management (GEM) bei Corning, in einem vom Staat geleiteten Lenkungsausschuss zur Bekämpfung von HABs. Cornings GEM-Programm überwacht den weltweiten Wasserverbrauch des Unternehmens und führt Projekte zur Einsparung von Wasser, zur Kostensenkung und zur Verbesserung der lokalen Wasserwege durch. Neben der Tatsache, dass die Finger Lakes ein Anziehungspunkt für Corning sind, sagte Jackson, dass das HAB-Projekt eine Verantwortung des Unternehmens ist.

„Die Menschen lieben es, sich an den Finger Lakes zu erholen”, sagte Jackson. „Wir wollen unberührte Gewässer, nicht nur, um die Gesundheit und die Umwelt zu schützen, sondern auch, um der Gemeinde, in der Corning tätig ist, besser zu dienen. Also hat sich Corning engagiert.”

In Zusammenarbeit mit dem Staat New York haben sich Corning und andere Unternehmen mit SUNY-Schulen zusammengetan. Corning hat vier HSI-Sensoren zur Verfügung gestellt, und obwohl COVID-19 die Flüge über den Finger Lakes unterbrochen hat, geht die Forschung jetzt weiter.

An der Küste sind die Wissenschaftler - Wigdahl-Perry, ihr Kollege Dr. Timothy de Smet von der Binghamton University und ihre Studenten - gespannt auf die Hyperspektraldaten, die der microHSI™ 410 SHARK sammelt. Der in Keene, New Hampshire, hergestellte Sensor nimmt einfallendes, von Oberflächen reflektiertes Licht auf und teilt es in viele Spektralbänder auf, von denen die meisten für das menschliche Auge nicht sichtbar sind. Jedes Material - Erde, Wasser, Vegetation, eine Kaffeetasse - hat eine einzigartige spektrale Signatur, die darauf beruht, wie es elektromagnetische Strahlung reflektiert oder aussendet.

Ob in der Hand gehalten, in einer Drohne geflogen oder in der Erdumlaufbahn, ein HSI-Sensor nimmt Bilder auf, die in Verbindung mit der richtigen Software Unterschiede auf der Grundlage der spektralen Signatur eines Materials erkennen können. Der microHSI™ 410 SHARK ist nicht nur kompakt und leicht, sondern bietet auch eine außergewöhnliche spektrale Bildgebungsleistung, mit der Anomalien in der Umwelt, wie z. B. undichte Rohrleitungen, erkannt werden können. Dieser Sensor ist für den kommerziellen Fernerkundungsmarkt optimiert, insbesondere für die Präzisionslandwirtschaft, die Bewertung und das Management von Gelände und Vegetation sowie die Mineralienexploration. Die Daten dieser Sensoren werden auch in der Infrastruktur und im Verteidigungsbereich eingesetzt.

In diesem Fall kann der HSI-Sensor HABs in ihren verschiedenen Wachstumsstadien erkennen und feststellen, wo sie beginnen und wie sie sich bewegen.

„Traditionelle Ansätze zur Überwachung von HABs stützen sich auf begrenzte Probenahmestellen oder Berichte von Unbeteiligten. Wir können nicht oft einen räumlichen, systematischen Ansatz verwenden, um zu verstehen, was während der Lebensdauer der Blüte passiert”, sagte Wigdahl-Perry. „Die Hyperspektralkameras in der Drohne ermöglichen es uns, mehr Bereiche des Sees gleichzeitig zu betrachten und die schädlichen Algengruppen von den nicht schädlichen zu unterscheiden.”

Die von den Wissenschaftlern mit Hilfe des HSI-Sensors gesammelten Informationen können Seenverwaltern dabei helfen, die Blütenbildung einzudämmen und sie in Zukunft zu verhindern. Die Behandlungen variieren je nach See, aber die Informationen können den Verantwortlichen helfen, die Nährstoffe zu bewerten, die HABs im Wasser verursachen.

„Die Arbeit mit Cornings HSI-Sensoren vermittelt den Studenten auch praktische Erfahrungen bei der Analyse von Umweltfragen. Und an Tagen, an denen sie eine Drohne fliegen können, sind sie immer 'aufgeregt'”, sagt Wigdahl-Perry.

„Die Betrachtung von Luftbildern ist sehr aussagekräftig”, sagte Wigdahl-Perry. „Unseren Studenten die Möglichkeit zu geben, mit realen Anwendungen zu arbeiten, Daten zu sammeln und große Datensätze zu analysieren, ist eine wirklich gute Vorbereitung auf die Arbeit im Freien.”

Wenn Sie das nächste Mal eine Drohne über sich schwirren sehen, schauen Sie sich an, was darunter ist. Die Menschen, die sie fliegen, suchen vielleicht gerade nach Antworten, die die Gemeinschaft und die Umwelt verändern könnten.