Het zuurstofgehalte in 's werelds gematigde zoetwatermeren neemt snel af - sneller dan in de oceanen - een trend die grotendeels wordt aangedreven door klimaatverandering die de zoetwaterbiodiversiteit en de drinkwaterkwaliteit bedreigt.

Onderzoek vandaag gepubliceerd in Natuur ontdekte dat het zuurstofgehalte in onderzochte meren in de gematigde zone sinds 1980 met 5,5% aan de oppervlakte en 18,6% in diepe wateren is gedaald. Ondertussen, in een grote subset van voornamelijk met voedingsstoffen verontreinigde meren, zuurstofniveaus aan het oppervlak namen toe naarmate de watertemperatuur een drempel overschreed die gunstig was voor cyanobacteriën, die gifstoffen kunnen creëren wanneer ze bloeien in de vorm van schadelijke algenbloei.

"Al het complexe leven is afhankelijk van zuurstof. Het is het ondersteuningssysteem voor aquatische voedselwebben. En wanneer je zuurstof begint te verliezen, je hebt het potentieel om soorten te verliezen, " zei Kevin Roos, auteur en professor aan het Rensselaer Polytechnic Institute. "Meren verliezen 2,75-9,3 keer sneller zuurstof dan de oceanen, een achteruitgang die gevolgen zal hebben voor het hele ecosysteem."

Onderzoekers analyseerden in totaal meer dan 45, 000 profielen van opgeloste zuurstof en temperatuur verzameld sinds 1941 uit bijna 400 meren over de hele wereld. De meeste langetermijnrecords werden verzameld in de gematigde zone, die zich uitstrekt over 23 tot 66 graden noorder- en zuiderbreedte. Naast biodiversiteit, de concentratie van opgeloste zuurstof in aquatische ecosystemen beïnvloedt de uitstoot van broeikasgassen, nutriënten biogeochemie, en uiteindelijk, menselijke gezondheid.

Hoewel meren slechts ongeveer 3% van het landoppervlak van de aarde uitmaken, ze bevatten een onevenredige concentratie van de biodiversiteit van de planeet. Hoofdauteur Stephen F. Jane, die zijn Ph.D. met Roos, zei dat de veranderingen zowel betrekking hebben op hun potentiële impact op zoetwaterecosystemen als op wat ze suggereren over veranderingen in het milieu in het algemeen.

"Meren zijn indicatoren of 'schildwachten' van veranderingen in het milieu en potentiële bedreigingen voor het milieu omdat ze reageren op signalen van het omringende landschap en de atmosfeer. We ontdekten dat deze onevenredig meer biodiverse systemen snel veranderen, geeft aan in hoeverre de aanhoudende atmosferische veranderingen al gevolgen hebben voor ecosystemen, ' zei Janneke.

Hoewel wijdverbreide verliezen in opgeloste zuurstof in de bestudeerde meren verband houden met klimaatverandering, het pad tussen een opwarmend klimaat en veranderende zuurstofniveaus in zoet water wordt aangedreven door verschillende mechanismen tussen oppervlakte- en diep water.

De deoxygenatie van oppervlaktewateren werd meestal aangedreven door de meest directe weg:de natuurkunde. Omdat de oppervlaktewatertemperatuur met 0,38 graden Celsius per decennium steeg, oppervlaktewater opgeloste zuurstofconcentraties daalden met 0,11 milligram per liter per decennium.

"Zuurstofverzadiging, of de hoeveelheid zuurstof die water kan bevatten, daalt als de temperatuur stijgt. Dat is een bekende fysieke relatie en het verklaart de meeste trend in oppervlaktezuurstof die we zien, " zei Roos.

Echter, sommige meren ondervonden gelijktijdig toenemende concentraties opgeloste zuurstof en opwarmingstemperaturen. Deze meren waren doorgaans meer vervuild met nutriëntenrijke afvoer van landbouw- en ontwikkelde stroomgebieden en hebben hoge chlorofylconcentraties. Hoewel de studie geen taxonomische metingen van fytoplankton omvatte, warme temperaturen en een hoog gehalte aan voedingsstoffen bevorderen de bloei van cyanobacteriën, waarvan bekend is dat fotosynthese oververzadiging van opgeloste zuurstof in oppervlaktewateren veroorzaakt.

"Het feit dat we toenemende opgeloste zuurstof in dat soort meren zien, is mogelijk een indicator van wijdverbreide toename van algenbloei, waarvan sommige gifstoffen produceren en schadelijk zijn. ontbrekende taxonomische gegevens, echter, dat kunnen we niet met zekerheid zeggen, maar niets anders waarvan we weten kan dit patroon verklaren, ' zei Roos.

Het verlies van zuurstof in diepere wateren, waar de watertemperatuur grotendeels stabiel is gebleven, volgt een complexer pad dat waarschijnlijk verband houdt met stijgende oppervlaktewatertemperaturen en een langere warme periode per jaar. Verwarmend oppervlaktewater in combinatie met stabiele diepwatertemperaturen betekent dat het verschil in dichtheid tussen deze lagen, bekend als "stratificatie, " neemt toe. Hoe sterker deze gelaagdheid, hoe kleiner de kans dat er vermenging optreedt tussen de lagen. Het resultaat is dat zuurstof in diep water minder snel wordt aangevuld tijdens het warme gelaagde seizoen, omdat oxygenatie meestal afkomstig is van processen die plaatsvinden in de buurt van het wateroppervlak.

"De toename van gelaagdheid maakt het mengen of vernieuwen van zuurstof uit de atmosfeer naar diepe wateren moeilijker en minder frequent, en diepwater opgeloste zuurstof daalt als gevolg, " zei Rose. Verliezen aan de helderheid van het water werden ook in verband gebracht met verlies van opgeloste zuurstof in diep water in sommige meren. er was geen overkoepelende afname van de helderheid over de meren.

Zuurstofconcentraties regelen vele andere kenmerken van de waterkwaliteit. Als het zuurstofgehalte daalt, bacteriën die gedijen in omgevingen zonder zuurstof, zoals die die het krachtige broeikasgas methaan produceren, beginnen te vermenigvuldigen. Dit suggereert het potentieel dat meren grotere hoeveelheden methaan afgeven aan de atmosfeer als gevolg van zuurstofverlies. Aanvullend, sedimenten geven meer fosfor vrij onder zuurstofarme omstandigheden, het toevoegen van voedingsstoffen aan reeds gestresste wateren.

Lopend onderzoek heeft aangetoond dat het zuurstofgehalte in de oceanen van de wereld snel daalt. Deze studie bewijst nu dat het probleem nog ernstiger is in zoet water, een bedreiging vormen voor onze drinkwatervoorziening en het delicate evenwicht waardoor complexe zoetwaterecosystemen kunnen gedijen, " zei Curt Breneman, decaan van de School of Science. "We hopen dat deze bevinding meer urgentie geeft aan inspanningen om de steeds nadeliger effecten van klimaatverandering aan te pakken."

"Wijdverbreide deoxygenatie van gematigde meren" werd gepubliceerd met steun van de National Science Foundation. Rose en Jane werden vergezeld door tientallen medewerkers in GLEON, het Global Lake Ecological Observatory Network, en gevestigd in universiteiten, milieuadviesbureaus, en overheidsinstanties over de hele wereld.