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巴伐利亚州科切尔西湖的水华
藻类绽放在湖Kochelsee在巴伐利亚。 信用:眼睛/ alamy股票照片。
温度
2021年4月19日10:00

气候变化可能对湖泊生态系统造成“不可逆转的影响”

阿伊莎·坦登

阿伊莎·坦登

2021年4月19日上午10:00
温度 气候变化可能对湖泊生态系统造成“不可逆转的影响”

新的研究表明,湖泊“分层期” - 水中的季节性分离成层 - 将持续更温暖的气候。

论文说,这些较长时间的分层可能对湖泊生态系统产生“深远的影响”,并可能导致有毒物质的排放藻花,鱼模脱落和增加的甲烷排放。

该研究,发表在自然通信据发现,即使在低排放场景下,北半球北半球的平均季节性湖分层期持续近两周。如果排放极高,它发现分层可能持续超过一个月。

这项研究的主要作者告诉《碳简报》,如果分层时间继续延长,“我们可以预期一些湖泊生态系统会发生灾难性变化,这可能对生态群落产生不可逆转的影响”。乐动体育下载app

该研究还发现,较大的湖泊将会看到更大的变化。例如,根据该研究的情况,北美大湖泊拥有“不可替代的生物多样性”并代表世界上一些最大的淡水生态系统的一些最大的淡水生态系统,已经在分层期间已经遇到“快速变化”。

“致命后果”

随着温度在春天上升,许多湖泊开始了“分层”. 温暖的空气加热了湖面,加热了顶层的水,这层水与下面较冷的水分离开来。

分层层不容易混合,并且层之间的温度差异越大,较小的混合。湖泊一般在春秋之间分层,当热天气保持温暖的地表水和较冷的水中的温度梯度。

理查德博士博士来自欧洲航天局是论文的主要作者,该论文发现气候变化正促使分层开始得早,结束得晚。他告诉《碳简报》说,分层的影响是“广泛和广泛的”,较长时间的分层可能对生态系统产生“不可逆转的影响”。乐动体育下载app

例如,Dominic Vachon博士- 来自的博士后的研究员气候影响研究中心UMEA大学谁没有参与研究 - 解释说分层可以创造一个“物理屏障”,使得溶解气体和颗粒在水层之间移动。

这可以防止水面上的氧气沉到湖里更深的地方,并可能导致水深处的“脱氧”,那里的氧气含量较低,呼吸变得更加困难。

研究表明,缺氧会“对生物体造成致命的后果”Bertram Boehrer博士–研究人员亥姆霍兹环境研究中心,谁没有参与该研究。

领导作者羊毛通道讲述碳简短的情况下,氧气水平下降深度乐动体育下载app深度陷阱在暖表面水域中的鱼类:

“夏季,鱼经常迁移到深水深处,以逃避表面的温暖条件 - 例如湖泊热浪. 深度的氧气减少意味着鱼类将没有热避难所,因为当氧气浓度过低时,它们往往无法生存。”

研究指出,这对湖泊生物非常有害,甚至会增加“鱼类死亡事件”。

然而,分层的影响不仅限于鱼类。该研究指出,春季的早期分层转变也可以鼓励浮游植物的社区 - 一种藻类 - 以更快地生长,并且可以与依赖于食物的物种脱离同步。这被称为“营养错配“。

Catherine O'Reilly教授他是一位美国大学的地理、地质学和环境学教授伊利诺伊州立大学谁没有参与该研究,增加了较长的分层时期也可能“增加有害藻类盛开的可能性”。

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气候变化对湖泊的影响也超越了生态系统。湖泊中低氧水平可以增强生产甲烷根据该研究,这是“在全球显着的速率下生产并从湖泊中发出”。

羊毛道解释说,更高水平的变暖可以在湖泊中创造积极的气候反馈,其中温度上升意味着更大的行星温暖的排放:

“深度的低氧水平也促进了湖泊沉积物中的甲烷产量,然后可以通过气泡或扩散释放到表面,从而产生气候变化的正反馈。”

开始和分手

在该研究中,作者将湖纹分层期的历史变化决定使用来自来自世界上一些“最佳监控湖泊”的长期观测数据以及来自湖模型的集合的日常模拟。

他们还模拟了三种不同排放情景下湖泊分层期的未来变化,以确定未来该过程可能发生的变化。这项研究的重点是北半球的湖泊。

下图显示了1900年至2099年间湖泊分层天数的平均变化,与1970年至1999年的平均值相比。该图显示了历史测量值(黑色)和低排放RCP2.6(蓝色),中等排放RCP6.0.(黄色)和极高的排放量RCP8.5(红色)情景。

湖泊分层持续时间的变化与1970-1999年的平均值相比
湖分层持续时间的变化与1970 - 1999年平均值相比,历史测量(黑色),低发射RCP2.6(蓝色)中等排放RCP6.0(黄色)和极高的排放RCP8.5(红色)。信用:羊毛等(2021.).

该情节表明,平均湖泊分层期已经延长了。然而,该研究补充说,一些湖泊看到比其他湖泊更大的影响。

例如,研究发现,英国湖区监测最为完善的湖泊Blelham Tarn现在比1963-1972年的平均水平提前24天分层,并多维持18天的分层。Woolway告诉Carbon Brief,结果,这个湖已经被污染了乐动体育下载app有缺氧的迹象

研究结果表明,气候变化使湖泊的平均分层持续时间延长,使分层开始的时间提前,分层“破裂”的时间推迟。下表显示了在不同排放情景下,与1970-1999年基线相比,湖泊分层开始、分解和总长度的预计变化。

排放情景 分层发作(前几天) 分层破裂(天后) 分层持续时间更长(天更长)
低的 9. 4. 13
中间 15 7. 22
极高 22 11 33
与1970-1999年基线相比,不同排放情景下湖泊分层的开始、分解和总长度的变化。

表格展示即使在低排放场景下,湖泊分层期限预计到本世纪末的13天。但是,在极高的排放场景中,可能是33天更长时间。

该表还显示,分层开始比分层破裂变化更为显著。究其原因,可以通过更密切地观察分层的驱动因素来揭示。

天气转暖,风力减弱

湖泊中分层发作和分裂的时序由两个主要因素和风速驱动。

温度对湖纹分层的影响是基于温水比凉水厚度较少,羊毛通报:乐动体育下载app

气温升高使水面变暖,使水的密度降低,从而在湖中形成不同的热层——较冷、较浓的水沉淀到湖底,而较热、较淡的水在湖顶形成一层

这意味着,随着气候变化导致温度上升,湖泊将开始分层早期并保持分层。湖泊在较高的海拔地区也可能看到分层的更大变化,羊毛道讲碳简介,因为“在高纬度地区的延长夏天很明显”。乐动体育下载app

下图显示了低(左)、中(中)和高(右)排放情景下北半球湖泊分层持续时间的预期增加。较深的颜色表明分层期增加较大。

北半球湖泊分层持续时间的预期增加
在低(左)、中(中)和高(右)排放情景下,北半球湖泊分层持续时间的预期增加。信贷:Woolway等人(2021.).

该图显示,气候变化对分层持续时间的预期影响在更偏北的高纬度地区变得更加明显。

第二个因素是风速,羊毛道解释:

“风速也影响分层开始和分解的时间,更强的风作用于混合水柱,从而对抗气温升高的分层效应。”

根据该研究,当行星温暖时,风速将略微下降。作者注意到与可能的温度增加相比,近表面风速的预期变化是“相对较小的”,但它们补充说,它可能仍可能导致分层的“大量”变化。

该研究发现,当湖泊开始分层时,空气温度是背后的最重要因素。但是,在查看分层分手时,它发现风速是更重要的驾驶员。

同时,Vachon说,风速对湖泊的甲烷排放也有影响。他指出,分层阻止了湖底产生的甲烷上升,当分层期结束时,甲烷可以上升到水面。然而,根据Vachon的说法,分层分解的速度将影响甲烷释放到大气中的量:

“我的研究表明,在底层水中积累的甲烷最终排放量与分层破裂发生的速度有关。例如,缓慢而渐进的分层分解很可能使水氧化,使细菌将甲烷氧化成二氧化碳。然而,迅速发生的分层分解(例如在高风速的风暴事件之后)将使积聚的甲烷更有效地排放到大气中。”

最后,研究发现,大型湖泊在春季分层需要更长的时间,而在秋季通常保持分层的时间更长,这是因为它们的水量更大。例如,作者强调了北美五大湖,那里拥有“不可替代的生物多样性”,代表着世界上最大的淡水生态系统。

作者发现,自1980年以来,这些湖泊每十年就要提前3.5天分层,在某些极端年份之间,它们的分层开始时间最多可相差48天。

O'Reilly讲述了“很明显乐动体育下载app,这些变化将使湖泊将湖泊移动到未知的领土上”并补充说,这篇论文“提供了一个思考湖泊在未来的气候情景下更改的框架”。

Woolway et al.(2021)《气候变化下湖泊分层的物候变化》,《自然通讯》,doi.org/10.1038/S41467-021-22657-4.

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