A causa dell'uso del suolo e del cambiamento climatico, laghi e bacini idrici a livello globale stanno assistendo a grandi diminuzioni delle concentrazioni di ossigeno nelle loro acque di fondo. È ben documentato che bassi livelli di ossigeno hanno effetti dannosi sulla qualità dei pesci e dell'acqua, ma si sa poco su come queste condizioni influenzeranno la concentrazione di anidride carbonica e metano nelle acque dolci.

L'anidride carbonica e il metano sono le forme primarie di carbonio che si possono trovare nell'atmosfera terrestre. Entrambi questi gas sono in parte responsabili dell'effetto serra, un processo che aumenta la temperatura dell'aria globale. Il metano è 34 volte più potente di un gas serra dell'anidride carbonica, quindi sapere come i bassi livelli di ossigeno all'interno dei laghi e dei bacini idrici influenzino sia l'anidride carbonica che il metano potrebbe avere importanti implicazioni per il riscaldamento globale.

Fino ad ora, i ricercatori non disponevano di dati empirici sulla scala dell'intero ecosistema per affermare con certezza come il cambiamento dell'ossigeno possa influenzare questi due gas serra.

"Abbiamo scoperto che bassi livelli di ossigeno hanno aumentato le concentrazioni di metano da 15 a 800 volte su scala dell'intero ecosistema, " ha detto Alessandria Hounshell, ricercatore post-dottorato presso il Dipartimento di Scienze Biologiche del College of Science. "Il nostro lavoro mostra che i bassi livelli di ossigeno nelle acque di fondo dei laghi e dei bacini idrici probabilmente aumenteranno il potenziale di riscaldamento globale di questi ecosistemi di circa un ordine di grandezza".

I ricercatori della Virginia Tech hanno appena pubblicato questi risultati in un articolo ad alto impatto in Lettere di limnologia e oceanografia .

Per determinare una correlazione tra le concentrazioni di ossigeno e metano, i ricercatori si sono concentrati su due bacini idrici fuori Roanoke. In collaborazione con la Western Virginia Water Authority, il team di ricerca ha gestito un sistema di ossigenazione nel Falling Creek Reservoir, che pompa ossigeno nelle acque di fondo e consente ai ricercatori di studiare le concentrazioni di ossigeno su scala dell'intero ecosistema. Monitorando anche il bacino idrico di Beaverdam, un serbatoio a monte senza sistema di ossigenazione, sono stati in grado di confrontare le concentrazioni di gas serra nelle acque di fondo di entrambi i serbatoi. Hanno condotto l'esperimento per tre anni per vedere quanto fossero coerenti le loro scoperte nel tempo.

"I livelli di metano erano molto più alti quando non c'era ossigeno nelle acque di fondo di questi serbatoi; mentre i livelli di anidride carbonica erano gli stessi, indipendentemente dai livelli di ossigeno, " ha detto Cayelan Carey, professore associato di scienze biologiche e membro di facoltà affiliato del Global Change Center. "Con bassi livelli di ossigeno, il nostro lavoro dimostra che otterrai una maggiore produzione di metano, che porta a un maggiore riscaldamento globale in futuro".

Questo studio è stato uno dei primi a testare sperimentalmente su tutta la scala dell'ecosistema come i diversi livelli di ossigeno influenzino i gas serra. logisticamente, è estremamente difficile manipolare interi ecosistemi a causa della loro complessità e delle molte parti mobili. Anche se gli scienziati possono utilizzare la modellazione al computer e gli esperimenti di laboratorio, niente è definitivo come la cosa reale.

"Siamo stati in grado di sostituire lo spazio con il tempo perché abbiamo questi due serbatoi che possiamo manipolare e contrastare l'uno con l'altro per vedere come potrebbe essere il futuro, man mano che i livelli di ossigeno dell'acqua di fondo più bassi diventano più comuni. Possiamo dire con grande certezza che vedremo questi laghi diventare emettitori di metano più grandi man mano che i livelli di ossigeno diminuiscono, " ha detto Carey.

Secondo Hounshell, la forza dei loro risultati risiede nell'estensione dello studio su più anni. Pur avendo una serie di condizioni meteorologiche nel corso dei tre anni, lo studio ha affermato che ogni anno si verificano costantemente concentrazioni di metano molto più elevate in condizioni di basso contenuto di ossigeno, non importa la temperatura dell'aria.

In definitiva, questo studio è cruciale per come i ricercatori, e il grande pubblico, pensa a come gli ecosistemi di acqua dolce produrranno gas serra in futuro. Con basse concentrazioni di ossigeno in aumento nei laghi e nei bacini idrici in tutto il mondo, questi ecosistemi produrranno in futuro maggiori concentrazioni di metano, portando a un maggiore riscaldamento globale.

Certo, questi cambiamenti ecologici non stanno avvenendo solo nella regione di Roanoke. In tutto il mondo, numerosi studi hanno indicato il cambiamento del ciclo del carbonio negli ecosistemi terrestri e marini. Però, questo studio è uno dei pochi ad affrontare questo fenomeno nei laghi e nei bacini idrici, che sono spesso trascurati nei bilanci del carbonio. Questo studio colmerà queste lacune nella conoscenza e metterà in luce ciò che possiamo fare come cittadini per risolvere questo problema.

Questo studio suggerisce che impedire ai laghi di sperimentare basse concentrazioni di ossigeno in primo luogo potrebbe ulteriormente impedire loro di raggiungere il punto di non ritorno, quando iniziano a diventare grandi produttori di metano. Piccole decisioni possono sommarsi. Per esempio, la riduzione del deflusso nei laghi e nei bacini idrici può impedire l'esaurimento dell'ossigeno nelle acque di fondo. "Non mettere una tonnellata di fertilizzante sul tuo prato, e sii davvero strategico su quanto fertilizzante usi e come lo usi, " disse Hounshell.

E i gas serra sono solo una piccola parte del quadro più ampio di come funzionano i serbatoi nel ciclo globale del carbonio. Attualmente, il team di ricerca sta conducendo studi di manipolazione dell'ossigeno di follow-up per chiarire altri componenti che contribuiscono al cambiamento dell'ecosistema. Continueranno a monitorare le manipolazioni dell'ossigeno nei due serbatoi di Roanoke per vedere come il serbatoio può influenzare l'ecosistema a lungo termine.