A MTA-BME Vízgazdálkodási Kutatócsoport a közelmúltban tett javaslatot a vízszintszabályozás vízminőségi szempontú átgondolására. Ennek részleteiről kérdeztük a műegyetemi kutatókat.

„A tavaly szeptemberi algacsúcs egészen kivételes a Balaton történetében. 2019-ben az 1980-as évekbeli tápanyagterhelés negyedén az akkor megtermő algamennyiségnél másfélszer nagyobb alga biomassza lepte el a tó délnyugati területét. Mi húsz éve mérjük online eszközökkel a tó vízminőségét, de ilyen látványos és nagy közérdeklődésre számot tartó eseményt még egyszer sem tapasztaltunk. Ezek a különleges helyzetek irányítják rá munkánk fontosságára a szakma és a laikusok figyelmét” – emelte ki a bme.hu kérdésére Istvánovics Vera, az Építőmérnöki Kar (ÉMK) Vízépítési és Vízgazdálkodási Tanszék tudományos főmunkatársa, az MTA-BME Vízgazdálkodási Kutatócsoport tudományos tanácsadója, aki biológusként vesz részt a Balatonnal összefüggő komplex megfigyelésekben. A 2019-es algacsúcs kialakulását mintegy „véletlenül”, csak a folyamatos automatikus észleléseknek köszönhetően mérték ki a kutatók, 2020 nyarán viszont a meglevő adatok elemzése és a megfogalmazott hipotézisek alapján kibővített módszerekkel, célirányosan tudták elemezni a rekordméretű algacsúcsok létrejöttének környezeti feltételeit. A vizsgálat azért is indokolt, mert a kékalgák túlszaporodása drasztikus ökológiai és gazdasági következményekkel jár, utóbbiakba beleértve például a turizmus visszaesését vagy az ivóvíztisztítás drágulását.

A húsz évvel ezelőtt kezdődött kutatásokhoz a kezdeti forrásokat egy uniós projekt biztosította, amelynek lejártával a mérések folytatása kérdésessé vált. „Somlyódy László professzor, Széchenyi-díjas vízépítő mérnök, gépészmérnök, a BME nyugalmazott egyetemi tanára, az MTA tagja következetesen képviselte azt a véleményét, hogy a Műegyetemnek foglalkoznia kell a Balatonnal” – emlékeztetett a kezdeti időszak nehézségeinek leküzdését célzó motivációra Istvánovics Vera. Az 1970-80-as években a Balaton délnyugati területeinek eutrofizálódása volt a tó környezeti slágerproblémája. A folyamat a megnövekedett tápanyag-, elsősorban foszforterhelés nyomán kialakuló fokozott algásodást és az azt kísérő nem kívánatos ökológiai változások sorozatát jelenti. Az eutrofizálódás elleni védekezés jegyében komplex intézkedési programot dolgoztak ki. A parti települések kétharmadáról más vízgyűjtőkre vezették a tisztított szennyvizet, a Balaton-vízgyűjtő nagyobb városainak (pl. Zalaegerszeg, Tapolca) szennyvíztelepein megindították a foszfor eltávolítását, szigorúbb tápanyagkibocsátási határértékeket szabtak, és kialakították a Kis-Balatont a legnagyobb befolyón a Zalán érkező tápanyagok visszatartására. Közben a rendszerváltás ’eredményeként’ visszaesett a mezőgazdasági termelés, évtizedeken át több foszfort vontak ki a termesztett növények aratásával a talajból, mint amennyit műtrágyázással pótoltak. A tápanyagterhelés csökkentése meghozta az eredményét: jó tíz év késlekedéssel az algák kezdtek látványosan visszaszorulni. A késleltetés oka az volt, hogy a tóban az eutrofizálódás évtizedeiben magas foszfortartalmú üledék halmozódott fel, amit az újonnan keletkező, kisebb foszfortartalmú üledék csak hosszú idő alatt tud ’felhígítani’. „A késleltetést követően trendszerű csökkenést figyelhettünk meg az algák mennyiségében, ezért sokan azt gondolták: a kérdést végérvényesen megoldottuk. Úgy tűnik azonban, hogy a Balaton 2019-ben átugrott egy másik ’üzemmódra’, ennek látványos jele a kevesebb kívülről érkező tápanyag ellenére keletkező rekord-algavirágzás volt – hangsúlyozta Istvánovics Vera. Kifejtette, a Balaton sok szempontból sajátosan működik. Nagy felülete és sekélysége miatt az üledék gyakran felkeveredik – csaknem felét egyébként a tóban kiváló, kb. 20 mikrométeres mészszemcsék teszik ki –, és ekkor a felületükhöz kötött foszfor egy hányada leválik, biztosítva az algák növekedéséhez szükséges tápanyagot.

A balatoni algavirágzást kétféle élőlény, az Aphanizomenon flos-aquae (a képen a tűszerű képződmények), valamint a különös alakú Ceratium furcoides okozza
(Fotó: Pannon Egyetem, Természettudományi Központ, Limnológia Kutatócsoport)

„Hipotézisünk szerint 2019-ben a foszforutánpótlásnak ez a szokásos módja hirtelen megváltozott: a megszokottnál sokkal nagyobb mennyiségű foszfor áramlott ki az üledékből a tóba azért, mert az alsó vízrétegekben elfogyott az oxigén” – ecsetelte Istvánovics Vera. Hozzáfűzte, „az oxigén akkor fogyhat el gyorsan a vízoszlop alján – ahol a fény már nem elég a fotoszintézishez –, ha a Balaton nagyon felmelegszik, és ha a felső és alsó vízrétege a kialakuló fajsúlykülönbség miatt nem keverednek össze. Ily módon a jelenség hátterében álló végső ok a klímaváltozás. Az 1990-es évektől mostanáig kb. másfél Celsius-fokkal emelkedett nyári átlagban a tó vízhőmérséklete, ezen belül az utóbbi öt év nyarai jóval melegebbek voltak, mint az azt megelőző öt évben. A meteorológusok előrejelzése szerint a helyzet fokozódhat 2100-ra, ugyanis további 3 Celsius-fokkal nőhet a nyári átlaghőmérséklet.

„Az algavirágzáshoz tehát nemcsak a megfelelő tápanyag és hőmérséklet, hanem a tó egy sajátos hőmérsékleti mechanizmusa is hozzájárul” – veszi át a szót Torma Péter, az ÉMK Vízépítési és Vízgazdálkodási Tanszék egyetemi docense, aki elsősorban a hidrodinamikai, hullámzási folyamatokkal, valamint a tó energiaháztartásával foglalkozik. Elmondta, a sekély Balaton vize nyáron általában napi ritmus szerint keveredik: nappal átmeneti hőrétegeződés alakul ki, éjszaka a felső rétegek lehűlésével a rétegezettség felbomlik. Az átkeveredést a szél segíti. Tartósan szélcsendes időszakokban ugyanakkor a hőmérsékleti rétegződés nagyon erőssé válik, a tó felső rétegei több Celsius-fokkal emelkednek az alsókéhoz képest, és ez az állapot az időjárástól függően akár egy hétig is fennállhat – hívta fel a figyelmet a szakember. Hozzátette, hogy a kutatócsoport partközeli online ökológiai állomása mellett a tanszék egy szerencsés véletlen folytán épp 2019-ben állított fel egy nyílt vízi online hidrometeorológiai állomást a Keszthelyi-medence kellős közepén.

A hidrometeorológiai állomás a Keszthelyi-medencében

„2019-ben az augusztus végi-szeptemberi algacsúcs idején mindkét állomásunk üzemelt és értékes adatokat gyűjthettünk” – mondta Torma Péter, folytatva, „a nyílt vízi eszközünk a vízmozgásokat meghatározó környezeti tényezők teljes spektrumát méri: az áramlási profilt, a meteorológiai viszonyokat, a sugárzáskomponenseket, és a hőáramokat; a rétegződésről és annak meghajtó folyamatairól így pontos képet kaptunk. A mért idősorokat egy hidrodinamikai modellbe táplálva ellenőrizni tudtuk azt a hipotézisünket, amely szerint a tófenékhez közeli alsóbb vízrétegekben a keveredés hiánya miatt elfogyhatott az oxigén, az üledék felsőbb rétegéből felszabadulhatott a foszfor, és ez táplálta az algavirágzást. Feltevésünket az idei mérésekkel igazoltuk: ekkor már a vízben oldott oxigén mennyiségét érzékelő szondákat is bevetettünk a tóközépi állomáson. Sejtésünk beigazolódott: többször fogyott el a fenék közelében az oxigén, de csak viszonylag rövidebb időszakokban – például a Kékszalag alatti emlékezetes szélcsend idején. Ebben az évben azonban az algáknak balszerencséjük volt:  a rétegezett időszakokat mindig viszonylag hamar megbontotta a szeles időjárás, emiatt nem alakulhatott ki a tavalyihoz hasonlóan nagyon nagy mértékű algásodás”.

A vizsgálatok ugyanakkor azt is kimutatták, hogy a vízmélység befolyásolhatja a rétegzettséget. „Az algavirágzás szempontjából a magas vízállás nem kedvező: ha sekélyebb a vízoszlop, könnyebben át tud keveredni” – mutatott rá Torma Péter, hozzátéve azt is, ,,a Balaton vízszintjének szabályozása bonyolult kérdés. A Balaton nyári maximális szabályozási vízszintjét a 2000-2003 közötti aszályos időszak után a siófoki vízmérce 0 pontja fölötti +100 cm-ről +110 cm-re, majd 2016-tól +120 cm-re emelték, remélve, hogy a meleg, száraz időszakokkal együtt járó hozzáfolyás-csökkenés és többletpárolgás nyomán sem süllyed túl alacsonyra a vízállás. A magas vízállás mindeddig ráadásul együtt járt a jó vízminőség képzetével. Eredményeink azonban megmutatták, hogy ez az elképzelés nem helytálló: a jó vízminőségnek egyáltalán nem kedvez a magasabb vízállás. „Konkrét javaslatunk mindezek tükrében az, hogy a vízmennyiségi és vízminőségi nézőpontok figyelembevételével rugalmas, – akár meteorológiai előrejelzésen alapuló – vízszintszabályozási rendeletet kellene kidolgozni, nem pedig egy adott hónapra előírt fix vízállást tartani. A média bizonyos részében – kissé félreértve minket – ez úgy jelent meg, hogy alacsony vízszintet szeretnénk, pedig ez nem ilyen egyszerű, mi két ellenétes szempont alapján optimalizált vízszintszabályozást tartunk célszerűnek”.

„A hidrológia eszközeivel meg tudjuk becsülni a várható hozzáfolyást és ezzel a vízszintváltozásokat” – egészítette ki a kutatótársak gondolatait Honti Márk, a Vízépítési és Vízgazdálkodási Tanszék tudományos munkatársa, az MTA-BME Vízgazdálkodási Kutatócsoport tudományos főmunkatársa.

A szakember 9 éghajlati modell eredményei alapján vizsgálta a Balaton várható jövőbeli vízháztartását és vízszintváltozásait. „A modellek között konszenzus van abban, hogy a hőmérséklet a század végéig még 3-4 Celsius-fokkal emelkedhet, a csapadék változásának irányában és mértékében azonban nincs közöttük egyetértés. Az elképzelések kb. fele-fele arányban szólnak szárazabb vagy nedvesebb éghajlatú alternatív jövőről. A két út 2030 körül vált el határozottan egymástól” – ecsetelte a kutató. Egyes vélemények szerint a szárazodás katasztrofális méreteket ölthet, és a most megszokott 10-30 cm-es, éven belüli vízszintingadozások tarthatatlanná válnak. „A fő kérdés, hogy a jelenlegi eszközünk, a medertározás – azaz a magasabb vízszint tartása – mit fog érni a jövő éghajlatán? A 10-20 cm-rel magasabb vízszinttel egy átlagosan száraz év nettó vízvesztéségét előre tartalékolhatjuk, egy esztendőt tehát ’meg tudunk menteni’. Az álláspontok többsége azonban elhúzódó, csapadékszegény időszakokat jósol, vagyis a szélsőségesen alacsony vízállások előfordulása a magas vízszinttel nem kerülhető el. Kérdés, hogy ha 15 éves csapadékszegény időszakok is előfordulhatnak majd, van-e értelme a nem száraz periódusokban évről évre kockára tenni a vízminőséget? A mindenáron történő medertározás szektoriális összeomlást okozhat: egy-két évet még átvészelhet a turizmus rossz vízminőséggel, de tízet nem. Az ajánlásunk tehát az, hogy az eddigi egytényezős – a legfőbb eszközt a medertározásban látó – gondolkodás helyett egyéb szempontokat is vegyenek figyelembe a vízszintszabályozási stratégia megtervezése során!”

Adatgyűjtés és ellenőrzés a nyílt vízi mérőállomáson

A kutatók megjegyezték, hogy a vízszintszabályozás nemcsak ökológiai-tudományos kérdés, hanem további szempontok is befolyásolják, mint például a turizmus vagy a vitorlázás. Jelenleg a jogszabály a nyári hónapokra +120 cm-en jelöli ki a felső szabályozási szintet, ami a múltban extrém magas vízállásnak számított volna. Ma már azonban sokan úgy vélik: az algák túlszaporodásának esélyét csökkentő, időlegesen alacsonyabb vízszint a Balaton kiszáradását, üdülőtó jellegének elvesztését jelentené. A jól ismert környezeti problémát érhetjük itt tetten: az eleinte látszólag sikeres beavatkozásokról előbb-utóbb kiderül, hogy áruk a saját alkalmazkodóképességünk csökkentése volt.

A kutatók az elmúlt húsz évben számos projektet valósítottak meg tudományterületükön. Sekély tavak fizikai folyamatainak kölcsönhatását vizsgáló OTKA-pályázatuk a közelmúltban ért véget, de egy újabb projekt keretében folytathatják a vizsgálatokat. Eredményeiket beépítik az oktatásba, illetve fiatal, a PhD- és reguláris képzésben részt vevő szakembereket, hallgatókat vonnak be a vizsgálatokba. Fő célkitűzésük, hogy feltárják: az események milyen sorozata vezethet rendkívüli algavirágzáshoz, megbecsüljék a mértéktelen algásodás kialakulásuk valószínűségét a változó klímán, és kidolgozzanak egy optimalizált vízszintszabályozási rendet.

HA-GI

Fotó: Philip János, MTA-BME Vízgazdálkodási Kutatócsoport