Forskere gør en nøgleopdagelse om, hvordan alpine vandløb fungerer

En EPFL-undersøgelse har fået forskere til at genoverveje en standardtilgang, der bruges til at beregne hastigheden af ​​gasudveksling mellem bjergstrømme og atmosfæren. Forskning udført i vandløb i Vaud og Valais viser, at ligninger, der bruges til at forudsige gasudveksling baseret på data fra lavlandsvandløb, underskrider den faktiske gasudvekslingshastighed i bjergstrømme i gennemsnit med en faktor 100.

Denne opdagelse, udgivet i Natur Geovidenskab , vil gøre det muligt for forskere at udvikle mere nøjagtige modeller af den rolle, som bjergstrømme spiller i globale biogeokemiske strømninger. I betragtning af at mere end 30% af jordens overflade er dækket af bjerge, konsekvenserne af denne opdagelse er betydelige.

Undersøgelsen blev udført på EPFLs Stream Biofilm and Ecosystem Research Laboratory (SBER), inden for Arkitektskolen, Bygge- og miljøteknik (ENAC).

Mere turbulens

I akvatiske økosystemer, såsom verdenshavene, vandløb og søer, talrige akvatiske organismer lige fra bakterier til fisk indånder ilt og udånder CO ₂ . Disse gasser skal derfor løbende "udveksles" fra atmosfæren til vandet og omvendt. Fordi bjergstrømme ofte flyder over stejle fald og ujævnt terræn, dette skaber en masse turbulens og fanger luftbobler i vandet, som fremstår hvide (aka "hvidt vand").

Disse bobler fremskynder gasudvekslingen. Påfaldende nok, den samme mekanisme er på arbejde, når hvidtækkede bølger vises på overfladen af ​​hårdt hav. Indtil nu, videnskabsmænd har ignoreret bidraget fra luftbobler og har brugt den samme tilgang til at beregne gasudvekslingshastigheder i bjergstrømme end i rolige lavlandsstrømme.

Mere præcise beregninger

Det er intuitivt, at det barske terræn ville påvirke gasudvekslingen i bjergstrømme, men der var ikke blevet indsamlet beviser for at teste denne hypotese før 2016. Det var da EPFL-forskere installerede mere end 130 miljøsensorer i bjergstrømme i Vaud og Valais for at studere dette fysiske fænomen og relaterede biogeokemiske fluxer. For at måle gasudvekslingshastigheden så nøjagtigt som muligt, en af ​​SBER-forskerne og førsteforfatter til undersøgelsen, Amber Ulset, tilsat små mængder argon som sporgas til vandløbene. Argon er en naturligt forekommende gas, der er uskadelig for akvatiske økosystemer.

Ved at bruge banebrydende analytiske metoder i laboratoriet, Amber Ulseth og kolleger var i stand til at kvantificere tab af argon fra vandløbet. Næste, de modellerede gasudvekslingshastigheden ud fra nedstrømstabet af sporgassen i strømvandet. Deres resultater afslører, at gasudvekslingshastigheden i bjergstrømme i gennemsnit er 100 gange højere end forudsagt fra ligninger udviklet fra lignende sporgaseksperimenter i lavlandsvandløb.

Store konsekvenser

"Vores resultater har store implikationer. De tyder på, at vi har undervurderet virkningerne af alle de små, men rigelige bjergstrømme i vores biogeokemiske modeller. Dette åbner en ny forskningsvej, " siger Tom Battin, Direktør for SBER og medforfatter til undersøgelsen. Hans laboratorium undersøger allerede udvidelser af denne forskning, såsom at udvikle en ny model til at forudsige CO ₂ emissioner fra bjergvande verden over.