Озёра играют важную роль в экосистемах, обеспечивая пресной водой, поддерживая биоразнообразие и создавая важные места обитания для рыб и других водных видов.
Однако недавнее исследование, опубликованное в журнале Nature Climate Change, показывает, что озёра по всему миру нагреваются. Это касается не только поверхности, но и глубинных слоёв. Подповерхностные тепловые волны в озёрах, определяемые как экстремальные периоды высокой температуры воды ниже поверхности, становятся всё чаще, продолжительнее и интенсивнее.
Эти скрытые экстремумы могут иметь серьёзные последствия для экосистем озёр. Несмотря на это, проблема остаётся в значительной степени неконтролируемой и малоизученной.
Тепловые волны в озёрах похожи на атмосферные или океанические
Они представляют собой длительные периоды чрезмерного тепла. Большинство исследований до настоящего времени были сосредоточены на поверхностных температурах, где изменение климата уже привело к более частым и интенсивным тепловым волнам за последние десятилетия.
Такие поверхностные явления могут нарушить химический и физический баланс озёр, повредить пищевые сети и в некоторых случаях вызвать массовую гибель рыб.
Водные виды по-разному реагируют на поверхностные тепловые волны. Некоторые выигрывают, если потепление расширяет их предпочтительный температурный диапазон. Но многие другие, особенно те, кто уже живёт вблизи своих температурных пределов, испытывают значительный стресс.
В озёрах, которые стратифицируются летом — где тёплая поверхностная вода находится над более холодным нижним слоем — некоторые виды ищут убежища от жары, мигрируя в более глубокие воды. Но что происходит, когда это более глубокое убежище больше не является прохладным?
Анализ данных
Для изучения этого вопроса мы проанализировали данные о температуре десятков тысяч озёр по всему миру. Мы использовали одномерные модели озёр, высокоразрешающие симуляции для Великих озёр Северной Америки и локальные модели, калиброванные под конкретные условия озёр.
Анализируя, как температура меняется с глубиной и временем, мы определили, когда и где подповерхностные воды пересекали экстремальные тепловые пороги.
Мы определили подповерхностные тепловые волны как периоды, когда температуры на определённых глубинах превышали их типичный сезонный диапазон. Мы также отслеживали, как эти явления изменились с 1980 года и как они могут развиваться при различных сценариях выбросов к концу этого века.
Подповерхностные тепловые волны уже распространены и становятся всё более частыми. С 1980 года донные тепловые волны (те, что происходят в самых глубоких частях озёр) увеличились в среднем более чем на семь дней за десятилетие по частоте, более чем на два дня за десятилетие по продолжительности и выросли примерно на 0,2 °C за десятилетие.
Хотя эти глубоководные явления, как правило, немного менее интенсивны, чем поверхностные, они часто длятся дольше.
Мы также обнаружили рост «вертикально составных» тепловых волн. Это когда экстремальные температуры происходят одновременно на поверхности и на дне озера. Такие двойные явления теперь происходят более чем на три дня за десятилетие чаще. Когда они случаются, водные виды могут остаться без места, чтобы спастись от жары.
Даже более тревожным является то, что глубоководные убежища, которые когда-то предлагали укрытие во время поверхностных тепловых волн, сокращаются или исчезают совсем. В некоторых озёрах расстояние, которое рыбам нужно преодолеть, чтобы найти более прохладную воду, увеличилось почти на метр за десятилетие.
Наши симуляции показывают, что эти тенденции будут усиливаться, особенно при сценариях с высокими выбросами. К концу этого века некоторые донные тепловые волны могут длиться месяцами, с экстремальными температурами, которых не было в исторических записях.
Экосистемы озёр зависят от термической структуры. Когда экстремальная жара достигает более глубоких слоёв воды, это может вызвать каскадные экологические последствия, от изменения среды обитания рыб и изменения распределения видов до увеличения круговорота питательных веществ и цветения водорослей. Это может даже повлиять на выделение парниковых газов, таких как метан, из донных отложений озёр.
Подповерхностные тепловые волны представляют особый риск для донных видов, которые могут быть менее подвижны или уже адаптированы к холодным, стабильным условиям. Потеря термических убежищ во время поверхностных тепловых волн также ставит под угрозу виды, которые в противном случае могли бы спастись в более глубоких водах.
Игнорируя то, что происходит под поверхностью, мы рискуем недооценивать истинные экологические последствия изменения климата для пресноводных систем.
Наше исследование подчёркивает острую необходимость расширения усилий по мониторингу озёр, чтобы включить в них подповерхностные температуры. В то время как спутники изменили наше понимание поверхностного потепления, они не могут зафиксировать то, что происходит ниже.
Будущие исследования должны изучить, как различные виды реагируют на эти глубоководные и вертикально составные тепловые волны. Следует изучить, как изменения в термической структуре озёр влияют на различные процессы, такие как круговорот питательных веществ и производство метана.
Для специалистов по охране природы это означает включение подповерхностных тепловых волн в оценку рисков и моделирование среды обитания. Для разработчиков климатических моделей это означает более точное представление вертикальных процессов в озёрах в глобальных моделях земной системы.
Поскольку озёра продолжают нагреваться, управление этими скрытыми тепловыми экстремумами и понимание их будет иметь решающее значение для защиты биоразнообразия и жизненно важных экосистемных услуг, предоставляемых озёрами.
Предоставлено: The Conversation.