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藻类绽放在巴伐利亚湖Kochelsee
巴伐利亚州Kochelsee湖的藻类疯长。 资料来源:EyeEm / Alamy Stock Photo。
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”

Ayesha Tandon.

Ayesha Tandon.

04.19.21
Ayesha Tandon.

Ayesha Tandon.

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,湖泊的“分层期”——水分层的季节性分离——在气候变暖时将持续更长时间。

这些较长的分层期可能对湖泊生态系统有“深远的影响”,并且可以驱动有毒藻类绽放,鱼类死亡,甲烷排放增加。

该研究发表于自然通讯该研究发现,到本世纪末,即使在低排放的情况下,北半球季节性湖泊分层期的平均时间也会延长近两周。研究发现,如果排放量极高,分层现象可能会持续一个多月。

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。金宝搏bet188

研究还发现,较大的湖泊将会发生更显著的变化。例如,北美五大湖拥有“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,根据这项研究,它们已经在分层期经历了“快速变化”。

'致命后果'

随着春天气温的升高,许多湖泊开始了“湖泊”的形成过程。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。

分层层不易混合,层间温差越大,混合越少。湖泊通常在春季和秋季之间分层,当炎热的天气保持温暖的表层水和较冷的深层水之间的温度梯度。

理查德博士Woolway欧洲航天局是本文的牵头作者,这发现气候变化正在推动分层,以便在后期开始。他讲碳简单意见,分金宝搏bet188层的影响是“普遍的,广泛的”,并且较长的分层期可能对生态系统具有“不可逆转的影响”。

例如,Dr Domic Vachon博士-一位博士后研究员气候影响研究中心于默奥大学他解释说,分层会产生一种“物理屏障”,使溶解的气体和颗粒更难在水层之间移动。

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”伯特伦博士Boehrer-一位研究人员亥姆霍兹环境研究中心他没有参与这项研究。

该研究的第一作者伍尔威告诉《碳简报》,深海含氧量的下金宝搏bet188降将鱼类困在温暖的表层水域:

在夏季,鱼类通常会迁移到较深的水域,以逃避表面较温暖的环境湖热龙头。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,分层的影响并不局限于鱼类。该研究指出,春季早期分层的转变也会促使浮游植物群落(一种藻类)更快生长,并使它们与以浮游植物为食的物种不同步。这叫做"营养不良的不匹配”。

凯瑟琳教授O'Reilly.他是哈佛大学地理学、地质学和环境学教授伊利诺斯州立大学他补充说,更长的分层时间也可能“增加有害藻类大量繁殖的可能性”。

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气候变化对湖泊的影响也不仅限于生态系统。低氧水平的湖泊可以提高产量甲烷该研究称,这些水“以全球显著的速度从湖泊中产生和排放”。

伍尔威解释说,因此,更高水平的变暖可能会在湖泊中产生积极的气候反馈,在这些湖泊中,气温上升意味着更大的温室气体排放:

“深度的低氧水平也会促进湖泊沉积物中甲烷的产生,然后通过气泡或扩散释放到表面,从而对气候变化产生积极的反馈。”

发病和分手

在这项研究中,作者利用一些“世界上监测最好的湖泊”的长期观测数据,以及来自湖泊模型收集的日常模拟,确定了湖泊分层期的历史变化。

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。

下图与1970-1999平均值相比,图1900和2099年间的湖纹分层天平均变化显示。该图显示了历史测量(黑色)和低发射RCP2.6(蓝色),中期排放RCP6.0(黄色)和极高的排放RCP8.5(红色)场景。

湖泊分层持续时间相比 - 到-1970-1999平均值
湖泊分层持续时间的变化与1970-1999年的平均值相比,历史测量(黑色),低排放RCP2.6(蓝色),中等排放RCP6.0(黄色)和极高排放RCP8.5(红色)。资料来源:Woolway等(2021)。

从图中可以看出,湖泊平均分层期已经延长。然而,该研究补充说,一些湖泊受到的影响比其他湖泊更严重。

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,结金宝搏bet188果,湖已经显示氧气耗尽的迹象

调查结果表明,气候变化在湖泊中平均分层持续时间升高,通过前面的分层移动并推动分层“分手”。下表显示了与1970-1999基线相比,不同的发射方案下湖分层的发病,分析和总长度的预计变化。

发射方案 出现分层(提前数天) 分层破裂(数天后) 分层期限更长(时间更长)
9 4 13.
中期 15. 7 22
非常高的 22 11. 33
与1970-1999基线相比,不同发射场景下湖分层发病,分析和总长度的变化。

从表中可以看出,即使在低排放情景下,到本世纪末,湖泊分层期预计将延长13天。然而,在极端高排放的情况下,可能要多33天。

该表还表明,分层发作的变化比分层分解更大。通过更密切地查看分层驱动程序的原因。

天气变暖,风力减弱

湖泊中开始分层和破裂的时间是由温度和风速两个主要因素驱动的。

Woolway告诉Carbon Brief,温度对湖泊分层的影响是基于这样一个事实,即温水的密度低于冷水:金宝搏bet188

“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,湖泊将更早开始分层,并且保持分层的时间更长。Woolway告诉Carbon Brief,高海拔的湖泊也有可能出现更大的分层变化,因为“夏季的延长在高纬度地区非常明显”。金宝搏bet188

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)。

该图表明,气候变化对分层持续时间的预期影响变得更加明显高纬度。

第二个因素是风速,Woolway解释道:

“风速也会影响分层发作和击穿的时间,具有较强的风力,用来混合水柱,从而采取增加空气温度的分层效果。”

根据这项研究,随着地球变暖,风速预计将略有下降。作者指出,与可能的温度升高相比,预计的近地表风速变化“相对较小”,但他们补充说,这仍可能导致分层的“实质性”变化。

研究发现,气温是湖泊开始分层的最重要因素。然而,当观察分层破碎时,发现风速是一个更重要的驱动因素。

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:

“我的工作表明,最终发出的底部水域中累积的甲烷的数量与分层分类发生的速度有关。例如,慢速和渐进的分层分解很可能允许水氧合并使细菌将甲烷氧化成二氧化碳。然而,快速发生的分层分发 - 例如在具有高风速的风暴事件之后 - 将使累积的甲烷更有效地发射到大气中。“

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告诉碳简报,金宝搏bet188“很明显,这些变化将把湖泊带入未知领域”,并补充说,该报告“为思考未来气候情景下湖泊将发生多少变化提供了一个框架”。

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

来自这个故事的Sharelines
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