Door landgebruik en klimaatverandering meren en reservoirs wereldwijd zien grote dalingen van de zuurstofconcentraties in hun bodemwater. Het is goed gedocumenteerd dat lage zuurstofniveaus nadelige effecten hebben op de vis- en waterkwaliteit, maar er is weinig bekend over hoe deze omstandigheden de concentratie van kooldioxide en methaan in zoet water zullen beïnvloeden.

Kooldioxide en methaan zijn de primaire vormen van koolstof die in de atmosfeer van de aarde kunnen worden gevonden. Beide gassen zijn gedeeltelijk verantwoordelijk voor het broeikaseffect, een proces dat de mondiale luchttemperaturen verhoogt. Methaan is 34 keer krachtiger van een broeikasgas dan koolstofdioxide, dus weten hoe lage zuurstofniveaus in meren en reservoirs zowel koolstofdioxide als methaan beïnvloeden, zou belangrijke implicaties kunnen hebben voor de opwarming van de aarde.

Tot nu, onderzoekers hadden geen empirische gegevens van de schaal van het hele ecosysteem om definitief te zeggen hoe veranderende zuurstof deze twee broeikasgassen kan beïnvloeden.

"We ontdekten dat lage zuurstofniveaus de methaanconcentraties 15 tot 800 keer verhoogden op de schaal van het hele ecosysteem, " zei Alexandria Hounshell, een postdoctoraal onderzoeker bij de afdeling Biologische Wetenschappen van het College of Science. "Ons werk toont aan dat lage zuurstofniveaus in de bodemwateren van meren en reservoirs het aardopwarmingsvermogen van deze ecosystemen waarschijnlijk met ongeveer een orde van grootte zullen verhogen."

Onderzoekers van Virginia Tech hebben deze bevindingen zojuist gepubliceerd in een high-impact paper in Limnologie- en oceanografiebrieven .

Om een ​​correlatie tussen zuurstof- en methaanconcentraties te bepalen, onderzoekers hebben zich verdiept in twee reservoirs buiten Roanoke. In samenwerking met de Western Virginia Water Authority, het onderzoeksteam exploiteerde een zuurstofsysteem in Falling Creek Reservoir, die zuurstof in het bodemwater pompt en onderzoekers in staat stelt zuurstofconcentraties te bestuderen op schaal van het hele ecosysteem. Door ook Beaverdam Reservoir te monitoren, een stroomopwaarts reservoir zonder zuurstofsysteem, ze waren in staat om broeikasgasconcentraties in de bodemwateren van beide reservoirs te vergelijken. Ze voerden het experiment gedurende drie jaar uit om te zien hoe consistent hun bevindingen in de loop van de tijd waren.

"Het methaangehalte was veel hoger toen er geen zuurstof in het bodemwater van deze reservoirs was, terwijl het kooldioxidegehalte hetzelfde was, ongeacht het zuurstofgehalte, " zei Cayelan Carey, universitair hoofddocent biologische wetenschappen en verbonden faculteitslid van het Global Change Center. "Met een laag zuurstofgehalte, ons werk laat zien dat je een hogere productie van methaan krijgt, wat leidt tot meer opwarming van de aarde in de toekomst."

Deze studie was een van de eerste die experimenteel op hele ecosysteemschaal testte hoe verschillende zuurstofniveaus de broeikasgassen beïnvloeden. logistiek, het is een enorme uitdaging om hele ecosystemen te manipuleren vanwege hun complexiteit en veel bewegende delen. Hoewel wetenschappers computermodellering en laboratoriumexperimenten kunnen gebruiken, niets is zo definitief als het echte werk.

"We waren in staat om tijd te vervangen door ruimte omdat we deze twee reservoirs hebben die we kunnen manipuleren en met elkaar kunnen contrasteren om te zien hoe de toekomst eruit kan zien, omdat lagere zuurstofniveaus in het bodemwater vaker voorkomen. We kunnen met grote zekerheid zeggen dat deze meren grotere methaanuitstoters zullen worden naarmate het zuurstofgehalte afneemt, ' zei Carey.

Volgens Hounshell, de kracht van hun resultaten ligt in de uitgestrektheid van het onderzoek over meerdere jaren. Ondanks de verschillende meteorologische omstandigheden in de afgelopen drie jaar, de studie bevestigde dat veel hogere methaanconcentraties in lage zuurstofomstandigheden elk jaar consequent voorkomen, ongeacht de luchttemperatuur.

uiteindelijk, deze studie is cruciaal voor hoe onderzoekers, en het grote publiek, denk na over hoe zoetwaterecosystemen in de toekomst broeikasgassen produceren. Nu de lage zuurstofconcentraties in meren en reservoirs over de hele wereld toenemen, deze ecosystemen zullen in de toekomst hogere concentraties methaan produceren, leidt tot meer opwarming van de aarde.

Natuurlijk, deze ecologische veranderingen vinden niet alleen plaats in de Roanoke-regio. Wereldwijd, een aantal studies hebben gewezen op het veranderen van koolstofcycli in terrestrische en mariene ecosystemen. Echter, deze studie is een van de weinige die dit fenomeen in meren en reservoirs aanpakt, die vaak worden verwaarloosd in koolstofbudgetten. Dit onderzoek zal deze kennislacunes opvullen en de schijnwerpers richten op wat wij als burgers kunnen doen om dit probleem op te lossen.

Deze studie suggereert dat het voorkomen dat meren in de eerste plaats lage zuurstofconcentraties ervaren, verder zou kunnen voorkomen dat ze het kantelpunt bereiken, wanneer ze grote methaanproducenten worden. Kleine beslissingen kunnen oplopen. Bijvoorbeeld, afnemende afvoer naar meren en reservoirs kan de uitputting van zuurstof in hun bodemwater voorkomen. "Gooi geen tonnen kunstmest op uw gazon, en wees heel strategisch over hoeveel kunstmest je gebruikt en hoe je het gebruikt, ' zei Hounshell.

En broeikasgassen vormen slechts een klein deel van het grotere geheel van hoe reservoirs functioneren in de wereldwijde koolstofcyclus. Momenteel, het onderzoeksteam voert vervolgonderzoeken naar zuurstofmanipulatie uit om andere componenten op te helderen die bijdragen aan ecosysteemverandering. Ze zullen de zuurstofmanipulatie in de twee Roanoke-reservoirs blijven volgen om te zien hoe het reservoir het ecosysteem op de lange termijn kan beïnvloeden.