Verdens søer mister hurtigt ilt, når planeten opvarmes

Iltniveauet i verdens tempererede ferskvandssøer falder hurtigt - hurtigere end i havene - en tendens, der i høj grad er drevet af klimaændringer, der truer ferskvandsbiodiversiteten og drikkevandskvaliteten.

Forskning offentliggjort i dag i Natur fandt, at iltniveauet i undersøgte søer på tværs af den tempererede zone er faldet 5,5 % ved overfladen og 18,6 % i dybt vand siden 1980. I mellemtiden, i en stor delmængde af overvejende næringsstofforurenede søer, overfladens iltniveauer steg, efterhånden som vandtemperaturerne passerede en tærskel, der favoriserer cyanobakterier, som kan skabe giftstoffer, når de blomstrer i form af skadelig algeopblomstring.

"Alt komplekst liv afhænger af ilt. Det er støttesystemet for akvatiske fødevæv. Og når du begynder at miste ilt, du har potentialet til at miste arter, sagde Kevin Rose, forfatter og professor ved Rensselaer Polytekniske Institut. "Søer mister ilt 2,75-9,3 gange hurtigere end havene, et fald, der vil have konsekvenser i hele økosystemet."

Forskere analyserede i alt over 45, 000 opløst ilt- og temperaturprofiler indsamlet siden 1941 fra næsten 400 søer rundt om på kloden. De fleste langtidsregistreringer blev indsamlet i den tempererede zone, som spænder over 23 til 66 grader nord og sydlig bredde. Ud over biodiversitet, koncentrationen af ​​opløst ilt i akvatiske økosystemer påvirker drivhusgasemissionerne, næringsstofbiogeokemi, og i sidste ende, menneskets sundhed.

Selvom søer kun udgør omkring 3% af Jordens landoverflade, de indeholder en uforholdsmæssig stor koncentration af planetens biodiversitet. Hovedforfatter Stephen F. Jane, der afsluttede sin ph.d. med Rose, sagde, at ændringerne er bekymrende både for deres potentielle indvirkning på ferskvandsøkosystemer og for, hvad de foreslår om miljøændringer generelt.

"Søer er indikatorer eller 'vagtposter' for miljøændringer og potentielle trusler mod miljøet, fordi de reagerer på signaler fra det omgivende landskab og atmosfæren. Vi fandt ud af, at disse uforholdsmæssigt flere biodiversitetssystemer ændrer sig hurtigt, angiver, i hvilket omfang igangværende atmosfæriske ændringer allerede har påvirket økosystemer, " sagde Jane.

Selvom udbredte tab i opløst ilt på tværs af de undersøgte søer er forbundet med klimaændringer, vejen mellem opvarmende klima og skiftende ferskvandsiltniveauer drives af forskellige mekanismer mellem overfladevand og dybt vand.

Deoxygenering af overfladevand blev for det meste drevet af den mest direkte vej:fysik. Da overfladevandstemperaturerne steg med 0,38 grader Celsius pr. årti, koncentrationer af opløst ilt i overfladevand faldt med 0,11 milligram per liter per årti.

"Iltmætning, eller mængden af ​​ilt, som vand kan indeholde, falder i takt med at temperaturen stiger. Det er et kendt fysisk forhold, og det forklarer det meste af tendensen i overfladeilt, som vi ser, " sagde Rose.

Imidlertid, nogle søer oplevede samtidig stigende koncentrationer af opløst ilt og opvarmende temperaturer. Disse søer havde en tendens til at være mere forurenede med næringsrig afstrømning fra landbrugs- og udviklede vandskel og har høje klorofylkoncentrationer. Selvom undersøgelsen ikke inkluderede taksonomiske målinger af fytoplankton, varme temperaturer og forhøjet næringsstofindhold fremmer cyanobakterieopblomstring, hvis fotosyntese vides at forårsage overmætning af opløst ilt i overfladevand.

"Det faktum, at vi ser stigende opløst ilt i disse typer søer, er potentielt en indikator for udbredte stigninger i algeopblomstring, hvoraf nogle producerer giftstoffer og er skadelige. Manglende taksonomiske data, imidlertid, vi kan ikke sige det endeligt men intet andet, vi er klar over, kan forklare dette mønster, " sagde Rose.

Tabet af ilt i dybere vand, hvor vandtemperaturerne stort set har været stabile, følger en mere kompleks vej, der sandsynligvis er knyttet til stigende overfladevandstemperaturer og en længere varmeperiode hvert år. Varmende overfladevand kombineret med stabile dybvandstemperaturer betyder, at forskellen i tæthed mellem disse lag, kendt som "stratificering, " er stigende. Jo stærkere denne lagdeling, jo mindre sandsynligt er blanding mellem lag. Resultatet er, at ilt i dybt vand er mindre tilbøjelige til at blive genopfyldt i den varme lagdelte sæson, da iltning normalt kommer fra processer, der sker nær vandoverfladen.

"Stigningen i lagdeling gør det vanskeligere og mindre hyppigt at blande eller forny ilt fra atmosfæren til dybt vand. og dybt vand opløst ilt dråber som et resultat, " sagde Rose. Tab af vandklarhed var også forbundet med tab af opløst ilt i dybt vand i nogle søer. der var ikke noget overordnet fald i klarheden på tværs af søer.

Iltkoncentrationer regulerer mange andre karakteristika for vandkvalitet. Når iltniveauet falder, bakterier, der trives i miljøer uden ilt, som dem, der producerer den kraftige drivhusgas metan, begynde at sprede sig. Dette antyder potentialet for, at søer frigiver øgede mængder af metan til atmosfæren som følge af ilttab. Derudover sedimenter frigiver mere fosfor under lave iltforhold, tilsætning af næringsstoffer til allerede stressede vand.

"Igangværende forskning har vist, at iltniveauet falder hurtigt i verdenshavene. Denne undersøgelse beviser nu, at problemet er endnu mere alvorligt i ferskvand, truer vores drikkevandsforsyning og den delikate balance, der gør det muligt for komplekse ferskvandsøkosystemer at trives, " sagde Curt Breneman, dekan for Videnskabsskolen. "Vi håber, at denne konstatering bringer større påtrængning af indsatsen for at imødegå de gradvist skadelige virkninger af klimaændringer."

"Udbredt deoxygenation af tempererede søer" blev udgivet med støtte fra National Science Foundation. Rose og Jane fik følgeskab af snesevis af samarbejdspartnere i GLEON, Global Lake Ecological Observatory Network, og er baseret på universiteter, miljørådgivningsfirmaer, og offentlige myndigheder rundt om i verden.