I livelli di ossigeno nei laghi d'acqua dolce temperati del mondo stanno diminuendo rapidamente, più velocemente che negli oceani, una tendenza guidata in gran parte dai cambiamenti climatici che minacciano la biodiversità delle acque dolci e la qualità dell'acqua potabile.

Ricerca pubblicata oggi in Natura ha scoperto che i livelli di ossigeno nei laghi esaminati in tutta la zona temperata sono diminuiti del 5,5% in superficie e del 18,6% nelle acque profonde dal 1980. Nel frattempo, in un ampio sottoinsieme di laghi per lo più inquinati da sostanze nutritive, i livelli di ossigeno superficiale sono aumentati quando la temperatura dell'acqua ha superato una soglia che favorisce i cianobatteri, che possono creare tossine quando fioriscono sotto forma di fioriture algali dannose.

"Tutta la vita complessa dipende dall'ossigeno. È il sistema di supporto per le reti trofiche acquatiche. E quando inizi a perdere ossigeno, hai il potenziale per perdere specie, " ha detto Kevin Rose , autore e professore al Rensselaer Polytechnic Institute. "I laghi stanno perdendo ossigeno 2,75-9,3 volte più velocemente degli oceani, un declino che avrà ripercussioni su tutto l'ecosistema”.

I ricercatori hanno analizzato un totale combinato di oltre 45, 000 profili di ossigeno disciolto e temperatura raccolti dal 1941 in quasi 400 laghi in tutto il mondo. La maggior parte dei record a lungo termine sono stati raccolti nella zona temperata, che si estende da 23 a 66 gradi di latitudine nord e sud. Oltre alla biodiversità, la concentrazione di ossigeno disciolto negli ecosistemi acquatici influenza le emissioni di gas serra, biogeochimica dei nutrienti, e alla fine, salute umana.

Sebbene i laghi costituiscano solo il 3% circa della superficie terrestre, contengono una concentrazione sproporzionata della biodiversità del pianeta. L'autore principale Stephen F. Jane, che ha completato il suo dottorato di ricerca. con Rosa, ha affermato che i cambiamenti sono preoccupanti sia per il loro potenziale impatto sugli ecosistemi di acqua dolce sia per ciò che suggeriscono sul cambiamento ambientale in generale.

"I laghi sono indicatori o 'sentinelle' di cambiamenti ambientali e potenziali minacce per l'ambiente perché rispondono ai segnali provenienti dal paesaggio e dall'atmosfera circostanti. Abbiamo scoperto che questi sistemi sproporzionatamente più ricchi di biodiversità stanno cambiando rapidamente, indicando la misura in cui i cambiamenti atmosferici in corso hanno già avuto un impatto sugli ecosistemi, " disse Jane.

Sebbene le perdite diffuse di ossigeno disciolto nei laghi studiati siano legate ai cambiamenti climatici, il percorso tra il riscaldamento climatico e il cambiamento dei livelli di ossigeno nelle acque dolci è guidato da diversi meccanismi tra acque superficiali e profonde.

La deossigenazione delle acque superficiali è stata guidata principalmente dal percorso più diretto:la fisica. Poiché la temperatura delle acque superficiali è aumentata di 0,38 gradi centigradi per decennio, le concentrazioni di ossigeno disciolto nell'acqua di superficie sono diminuite di 0,11 milligrammi per litro per decennio.

"Saturazione di ossigeno, o la quantità di ossigeno che l'acqua può contenere, diminuisce con l'aumentare della temperatura. Questa è una relazione fisica nota e spiega la maggior parte della tendenza dell'ossigeno superficiale che vediamo, " disse Rosa.

Però, alcuni laghi hanno sperimentato contemporaneamente l'aumento delle concentrazioni di ossigeno disciolto e il riscaldamento delle temperature. Questi laghi tendevano ad essere più inquinati con il deflusso ricco di sostanze nutritive da bacini idrici agricoli e sviluppati e hanno alte concentrazioni di clorofilla. Sebbene lo studio non abbia incluso misurazioni tassonomiche del fitoplancton, temperature calde ed elevato contenuto di nutrienti favoriscono la fioritura dei cianobatteri, la cui fotosintesi è nota per causare la sovrasaturazione dell'ossigeno disciolto nelle acque superficiali.

"Il fatto che stiamo assistendo a un aumento dell'ossigeno disciolto in quei tipi di laghi è potenzialmente un indicatore di un aumento diffuso delle fioriture algali, alcuni dei quali producono tossine e sono dannosi. Dati tassonomici assenti, però, non possiamo dirlo definitivamente, ma nient'altro di cui siamo a conoscenza può spiegare questo schema, " disse Rosa.

La perdita di ossigeno in acque più profonde, dove le temperature dell'acqua sono rimaste sostanzialmente stabili, segue un percorso più complesso molto probabilmente legato all'aumento della temperatura delle acque superficiali e ad un periodo caldo più lungo ogni anno. Il riscaldamento delle acque superficiali combinato con temperature stabili delle acque profonde significa che la differenza di densità tra questi strati, noto come "stratificazione, " è in aumento. Più forte è questa stratificazione, la miscelazione meno probabile è che si verifichi tra gli strati. Il risultato è che l'ossigeno nelle acque profonde ha meno probabilità di essere rifornito durante la calda stagione stratificata, poiché l'ossigenazione di solito deriva da processi che si verificano vicino alla superficie dell'acqua.

"L'aumento della stratificazione rende più difficile e meno frequente la miscelazione o il rinnovo dell'ossigeno dall'atmosfera alle acque profonde, e di conseguenza le gocce di ossigeno disciolto in acque profonde, " ha affermato Rose. Le perdite di limpidezza dell'acqua sono state anche associate a perdite di ossigeno disciolto in acque profonde in alcuni laghi. Tuttavia, non c'era un declino generale della chiarezza tra i laghi.

Le concentrazioni di ossigeno regolano molte altre caratteristiche della qualità dell'acqua. Quando i livelli di ossigeno diminuiscono, batteri che prosperano in ambienti privi di ossigeno, come quelli che producono il potente gas serra metano, cominciare a proliferare. Ciò suggerisce il potenziale che i laghi rilasciano maggiori quantità di metano nell'atmosfera a causa della perdita di ossigeno. Inoltre, i sedimenti rilasciano più fosforo in condizioni di basso contenuto di ossigeno, aggiungendo nutrienti ad acque già stressate.

"La ricerca in corso ha dimostrato che i livelli di ossigeno stanno diminuendo rapidamente negli oceani del mondo. Questo studio ora dimostra che il problema è ancora più grave nelle acque dolci, minacciando le nostre riserve di acqua potabile e il delicato equilibrio che consente la prosperità di complessi ecosistemi di acqua dolce, " disse Curt Breneman, preside della Scuola di Scienze. "Speriamo che questa scoperta dia maggiore urgenza agli sforzi per affrontare gli effetti progressivamente dannosi del cambiamento climatico".

"Deossigenazione diffusa dei laghi temperati" è stato pubblicato con il sostegno della National Science Foundation. Rose e Jane sono state raggiunte da decine di collaboratori in GLEON, la rete dell'Osservatorio ecologico globale dei laghi, e con sede nelle università, società di consulenza ambientale, e agenzie governative di tutto il mondo.