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巴伐利亚州Kochelsee湖的藻类疯长
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

气候变化可能导致湖泊生态系统的“不可逆转的影响”

阿伊莎经脉

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04.19.21
阿伊莎经脉

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十时整19.04.2021 |
温度 气候变化可能导致湖泊生态系统的“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。

这篇论文说,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”,并可能产生有毒物质藻华,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。

如果分层期继续延长,“我们可以预期一些湖泊生态系统将发生灾难性的变化,这可能对生态群落产生不可逆转的影响”,该研究的主要作者告诉碳简报。必威手机官网

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”。

“致命的后果”

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,加热了上层的水,从下层的冷水层中分离出来。

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该论文的第一作者,该论文发现气候变化正在推动分层开始得更早,结束得更晚。他告诉《碳简报》,必威手机官网分层的影响是“广泛和广泛的”,而且更长的时间的分层可能会对生态系统产生“不可逆转的影响”。

例如,多米尼克博士所配- 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。

这可以防止水面的氧气从水中深入沉入湖中,可以导致水的深度中的“脱氧”,其中氧水平较低,呼吸变得更加困难。

据报道,氧气的耗尽会“对生物体造成致命的后果”Bertram Boehrer博士-一位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,氧气水平下降深度必威手机官网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 - 例如湖的热浪。深度氧气的减少将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,这可能对湖泊生物非常有害,甚至可能增加“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“营养不良的不匹配”。

凯瑟琳O ' reilly教授他是哈佛大学地理学、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。”

发病和分手

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。

他们还在三种不同的发射场景下进行了未来变化的模拟,以确定该过程如何在未来发生变化。这项研究侧重于北半球的湖泊。

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。图中显示了历史测量值(黑色)和低排放RCP2.6(蓝色),中期排放RCP6.0.(黄色)和极高的排放RCP8.5(红色)情景。

变化——在湖-分层时间相比- - - 1970 - 1999 -平均水平
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)。资料来源:Woolway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,Blelham Tarn - 英国湖区最良好的监控湖 - 现在24天将其分层与1963年至1972年的平均值相比,保持额外18天的分层。Woolway告诉碳简短,结必威手机官网果,湖已经有氧气耗尽的迹象

研究结果表明,气候变化使湖泊平均分层持续时间延长,分层开始时间提前,分层“破裂”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,湖泊分层的开始、破裂和总长度的预计变化。

发射的场景 分层发作(前几天) 分层破裂(数天后) 分层持续时间更长(多天)
低的 9. 4. 13
中期 15 7. 22
非常高的 22 11 33
与1970-1999年基线相比,不同排放情景下湖泊分层的起始、破裂和总长度的变化。

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。

从表中还可以看出,层裂发生的变化比层裂发生的变化更明显。通过更仔细地观察分层的驱动因素,可以揭示其中的原因。

天气变暖,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:必威手机官网

“通过增加空气温度使水的表面变暖,导致水的密度下降,同样也导致了湖泊内部不同的热层的形成——更冷、密度更大的水沉淀到湖底,而更热、更轻的水在上面形成一层。”

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”。必威手机官网

下图显示了北半球湖泊在低(左)、中(中)和高(右)排放情景下的分层持续时间的预期增加。更深的颜色表明分层期的增加更大。

Expected-increase-in-stratification-duration-in-lakes-in-the-northern-hemisphere
在低(左)、中(中)和高(右)排放情景下,北半球湖泊的分层持续时间预计会增加。资料来源:Woolway等(2021.)。

从图中可以看出,气候变化对分层持续时间的预期影响在纬度越北的地区越明显。

第二个因素是风速,羊毛道解释:

“风速也影响分层开始和破裂的时间,更强的风作用于混合水柱,从而对抗上升的空气温度的分层效应。”

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。

与此同时,瓦尚说,风速也对湖泊的甲烷排放有影响。他指出,分层阻止了湖底产生的甲烷上升,当分层期结束时,甲烷被允许上升到水面。然而,根据瓦尚的说法,分层破裂的速度将影响到释放到大气中的甲烷量:

“我的研究表明,海底累积的甲烷最终将被释放的数量与分层破裂发生的速度有关。例如,一个缓慢而渐进的分层破裂很可能会让水氧化,并让细菌将甲烷氧化成二氧化碳。然而,快速发生的分层破裂——例如在风暴事件发生后的高速风速——将使积累的甲烷更有效地排放到大气中。”

最后,研究发现,大型湖泊在春季需要更长的时间来分层,而通常在秋季保持分层的时间更长——这是由于它们的水量更大。例如,作者强调了北美五大湖,这里拥有“不可替代的生物多样性”,代表着一些世界上最大的淡水生态系统。

作者发现,自1980年以来,这些湖泊每十年就会提前3.5天分层,而且在某些极端年份之间,它们的分层开始时间可以相差48天。

O'Reilly讲述了“很明显必威手机官网,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等人。(2021)气候变化下湖分层中的职能转变,自然通信,doi.org/10.1038/S41467-021-22657-4.

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