随着地球变暖，世界上的湖泊正在迅速失去氧气

2021 年 6 月 2 日

来源 美国伦斯勒理工学院

CK编译   面对事实，这就是“未来奇迹”的原因。

世界温带淡水湖泊的氧气含量下降速度比海洋快。图片来源：明尼苏达大学 Gretchen Hansen

世界温带淡水湖中的氧含量正在迅速下降——比海洋更快——这一趋势主要是由威胁淡水生物多样性和饮用水质量的气候变化驱动的。

今天发表在《自然》杂志上的研究发现，自 1980 年以来，整个温带受调查湖泊的表层氧含量下降了 5.5%，深水中的氧含量下降了18.6%。与此同时，在大部分营养物污染的湖泊中，地表氧含量随着水温超过了有利于蓝藻的阈值，蓝藻在以有害"水华"的形式繁盛时会产生毒素。

“所有复杂的生命都依赖于氧气。它是水生食物网的支持系统。当你开始失去氧气时，你就有可能失去物种，”伦斯勒理工学院的作者兼教授凯文罗斯说。“湖泊失去氧气的速度是海洋的 2.75-9.3 倍，这种下降将对整个生态系统产生影响。”

研究人员分析了自 1941 年以来从全球近 400 个湖泊中收集的总计超过 45,000 条溶解氧和温度分布图。大多数长期记录是在横跨南北纬 23 至 66 度的温带地区收集的。除了生物多样性之外，水生生态系统中溶解氧的浓度还会影响温室气体排放、营养生物地球化学，并最终影响人类健康。

尽管湖泊仅占地球陆地表面的 3% 左右，但它们包含了不成比例的地球生物多样性。主要作者 Stephen F. Jane 完成了他的博士学位。Rose 表示，这些变化既涉及它们对淡水生态系统的潜在影响，也涉及它们对环境变化的总体建议。

“湖泊是环境变化和对环境潜在威胁的指标或‘哨兵’，因为它们对来自周围景观和大气的信号做出反应。我们发现这些生物多样性不成比例的系统正在迅速变化，表明正在进行的大气变化在多大程度上已经影响了生态系统，”简说。

尽管所研究湖泊中溶解氧的广泛损失与气候变化有关，但气候变暖与淡水氧含量变化之间的路径是由表层水和深水之间的不同机制驱动的。

地表水的脱氧主要是由最直接的途径驱动的：物理学。随着地表水温度每十年升高 0.38 摄氏度，地表水溶解氧浓度每十年每升下降 0.11 毫克。

“氧饱和度或水可以容纳的氧气量随着温度升高而下降。这是一种已知的物理关系，它解释了我们所看到的大部分表面氧气趋势，”罗斯说。

然而，一些湖泊同时经历了溶解氧浓度增加和温度升高的情况。这些湖泊往往受到来自农业和发达流域的营养丰富的径流的污染，并且叶绿素浓度很高。尽管该研究不包括浮游植物分类测量，但温暖的温度和升高的营养成分有利于蓝藻的大量繁殖，众所周知，蓝藻的光合作用会导致地表水中溶解氧过饱和。

“我们看到这些类型湖泊中溶解氧的增加这一事实可能表明藻类大量繁殖，其中一些会产生毒素并且是有害的。然而，由于缺乏分类学数据，我们不能明确地说，但我们所知道的其他任何事情都无法解释这种模式，”罗斯说。

水温基本保持稳定的较深水域中的氧气流失遵循更复杂的路径，最有可能与地表水温度升高和每年更长的温暖期有关。变暖的地表水加上稳定的深水温度意味着这些层之间的密度差异（称为“分层”）正在增加。这种分层越强，层之间发生混合的可能性就越小。结果是在温暖的分层季节，深水中的氧气不太可能得到补充，因为氧化通常来自水面附近发生的过程。

“分层的增加使得氧气从大气混合或更新到深水变得更加困难和频率降低，结果深水溶解氧下降，”罗斯说。在一些湖泊中，水透明度损失也与深水溶解氧损失有关。然而，整个湖泊的清晰度没有总体下降。

氧气浓度调节水质的许多其他特征。当氧气水平下降时，在没有氧气的环境中茁壮成长的细菌，例如产生强大的温室气体甲烷的细菌，开始增殖。这表明由于氧气流失，湖泊有可能向大气释放更多的甲烷。此外，沉积物在低氧条件下释放更多的磷，为已经紧张的水域增加营养。

“目前的研究表明，氧气水平在世界海洋迅速下滑。现在这项研究证明，问题是即使是在淡水水域更为严重，威胁着我们饮用的水供应和微妙的平衡，使复杂的淡水生态系统蓬勃发展，”说Curt Breneman，科学学院院长。“我们希望这一发现为解决气候变化逐渐带来的不利影响的努力带来更大的紧迫性。”

在国家科学基金会的支持下发表了“温带湖泊的广泛脱氧”。Rose 和 Jane 与 GLEON、全球湖泊生态观测网络以及世界各地的大学、环境咨询公司和政府机构的数十名合作者一起加入。

探索

热带湖泊可能会排放更多甲烷

更多信息：温带湖泊的广泛脱氧，自然（2021 年）。期刊信息：自然 

由伦斯勒理工学院提供