Dybvandsfornyelse i Genèvesøen i lyset af klimaændringer

EPFL-forskere har undersøgt to mekanismer, der kan hjælpe med at bringe ilt til dybden af ​​en sø - afgørende for at bevare søens økosystem. Den klassiske dybvandsfornyelse forårsaget af overfladekøling om vinteren bliver mindre effektiv på grund af klimaændringer, især i dybe søer.

Søer skal indeholde et vist niveau af opløst ilt for at opretholde vandkvaliteten og bevare deres økosystemer. Mens de øverste lag af en sø typisk er rige på ilt, det er ikke tilfældet for dybere lag; i de fleste søer, iltning af disse lag sker primært gennem en proces kaldet konvektiv afkøling, der finder sted i de køligere efterårs- og vinterperioder. For dybe søer i tempereret klima, som Genevesøen, vintrene er ofte ikke kolde nok til, at denne proces kan finde sted i tilstrækkeligt omfang, hvilket betyder, at det meget dybe vand ikke påvirkes. Den sidste konvektiv afkøling i fuld dybde i Genèvesøen fandt sted i 2012 under en alvorlig kuldeperiode (CIPEL).

Forståelse af andre dybvandsfornyelsesmekanismer

"Med klimaændringer, der er flere og flere vintre, hvor de nødvendige betingelser for denne proces ikke er opfyldt, " siger Rafael Reiss, en nylig ph.d. kandidat ved EPFL's Ecological Engineering Laboratory (ECOL). "Så vi er nødt til at forstå andre mekanismer, der kan muliggøre iltning af en søs dybere lag." Han studerede to alternative dybvandsfornyelsesmekanismer som en del af sin ph.d. afhandling, som begge er induceret af vind:interbasin-udveksling, hvor der udveksles vand mellem det lavvandede Petit Lac og det dybere Grand Lac bassin, og kystopstrømning. "I modsætning til konvektiv køling, der udløses af kolde lufttemperaturer, de mekanismer, vi undersøgte, er mindre følsomme over for klimaændringer, fordi de er vinddrevne. De forekommer i Genèvesøen flere gange hver vinter og kan derfor spille en stadig vigtigere rolle i at forny og lufte de dybere lag, " siger Reiss.

Vand i disse dybe lag er normalt koldt, iltfattig og næringsrig. De øverste lag, på den anden side, er varmere med højere koncentrationer af ilt og lavere koncentrationer af næringsstoffer. De to lag blandes næsten ikke i det meste af året på grund af deres forskellige tætheder - varmt vand er mindre tæt end koldt vand, fører til en såkaldt stabil lagdeling. Men når lufttemperaturen falder i løbet af efteråret og vinteren, overfladevandet afkøles, og den stabile lagdeling eroderes gradvist fra toppen og nedefter. Hvis vinteren er kold nok, vandet nær overfladen når samme temperatur, og dermed den samme tæthed, som det dybere vand. Resultatet er en fuldstændig væltning af vandsøjlen, hvorved ilt fra de øverste lag bringes til bunden og næringsstoffer fra de nederste lag stiger til overfladen.

Dybvandsfornyelse flere gange om vinteren

Reiss' undersøgelse viste, at under påvirkning af jordens rotation, de stærke vintervinde, der ofte blæser over Genèvesøen fra sydvest, skubber kystvandene ved den nordlige bred af Grand Lac mod søens centrum, med disse farvande, der erstattes af stigningen af ​​dybere vand. De samme vinde presser overfladevandet i Petit Lac mod Grand Lac, hvilket får dybere vand fra Grand Lac til at tage deres plads. Disse to komplekse udvekslingsmekanismer forårsager iltfattige, næringsrige nedre lag til at stige opad, nogle gange fra dybder på over 200 meter (Genèvesøen har en maksimal dybde på 309 meter). Disse voksede op, dybt vand kan forblive tæt på overfladen i flere dage (eller endda nå overfladen), før det falder tilbage til store dybder, giver dem mulighed for at beriges med ilt gennem udveksling med de øvre lag og atmosfæren.

For at udføre denne undersøgelse, Reiss og hans team brugte først to vintre på at indsamle data i marken, måling af strømhastigheder og vandtemperaturer. De brugte derefter en 3D hydrodynamisk model og kombinerede den med en modelleringsteknik kaldet partikelsporing for at analysere stierne i de opstrømmende vande meget detaljeret. "Vores resultater viser, hvor komplekse disse mekanismer er, " siger Reiss. "De foregår i 3D, hvilket betyder, at de ikke kan beskrives ved hjælp af de endimensionelle modeller, der ofte bruges til at forudsige klimaændringernes indvirkning på søer. Disse mekanismer fortjener yderligere opmærksomhed, når man vurderer dybvandsfornyelse i store, dybe søer."