Gli scienziati dell'EPFL hanno studiato due meccanismi che possono aiutare a portare ossigeno nelle profondità di un lago, essenziale per preservare l'ecosistema del lago. Il classico rinnovamento delle acque profonde causato dal raffreddamento superficiale durante l'inverno sta diventando meno efficiente a causa dei cambiamenti climatici, soprattutto nei laghi profondi.

I laghi devono contenere un certo livello di ossigeno disciolto per mantenere la qualità dell'acqua e preservare i loro ecosistemi. Mentre gli strati superiori di un lago sono tipicamente ricchi di ossigeno, questo non è il caso degli strati più profondi; nella maggior parte dei laghi, l'ossigenazione di questi strati avviene principalmente attraverso un processo chiamato raffreddamento convettivo che avviene durante i periodi più freschi autunnali e invernali. Per laghi profondi in climi temperati, come il Lago di Ginevra, gli inverni spesso non sono abbastanza freddi perché questo processo avvenga su scala adeguata, il che significa che le acque molto profonde non sono interessate. L'ultimo raffreddamento convettivo completo nel Lago di Ginevra è avvenuto nel 2012 durante un'ondata di freddo intenso (CIPEL).

Comprendere altri meccanismi di rinnovamento delle acque profonde

"Con il cambiamento climatico, ci sono sempre più inverni in cui le condizioni necessarie per questo processo non sono soddisfatte, "dice Rafael Reiss, un recente dottorato di ricerca laureato presso il Laboratorio di Ingegneria Ecologica dell'EPFL (ECOL). "Quindi dobbiamo comprendere altri meccanismi che potrebbero consentire l'ossigenazione degli strati più profondi di un lago". Ha studiato due meccanismi alternativi di rinnovamento delle acque profonde come parte del suo dottorato di ricerca. tesi, entrambi indotti dal vento:scambio interbacino, dove l'acqua viene scambiata tra il poco profondo Petit Lac e il più profondo bacino del Grand Lac, e risalita costiera. "A differenza del raffreddamento convettivo che viene attivato dalle temperature dell'aria fredda, i meccanismi che abbiamo studiato sono meno sensibili ai cambiamenti climatici perché sono guidati dal vento. Si verificano nel Lago di Ginevra più volte ogni inverno e potrebbero quindi svolgere un ruolo sempre più importante nel rinnovare e aerare gli strati più profondi, "dice Reis.

L'acqua in questi strati profondi è solitamente fredda, povero di ossigeno e ricco di sostanze nutritive. Gli strati superiori, d'altra parte, sono più caldi con maggiori concentrazioni di ossigeno e minori concentrazioni di nutrienti. I due strati si mescolano a malapena per la maggior parte dell'anno a causa della loro diversa densità:l'acqua calda è meno densa dell'acqua fredda, portando ad una cosiddetta stratificazione stabile. Ma una volta che la temperatura dell'aria scende durante l'autunno e l'inverno, le acque superficiali si raffreddano e la stratificazione stabile viene progressivamente erosa dall'alto verso il basso. Se l'inverno è abbastanza freddo, le acque in superficie raggiungono la stessa temperatura, e di conseguenza la stessa densità, come le acque più profonde. Il risultato è un completo ribaltamento della colonna d'acqua, per cui l'ossigeno dagli strati superiori viene portato sul fondo e le sostanze nutritive dagli strati inferiori salgono in superficie.

Rinnovo delle acque profonde più volte in inverno

Lo studio di Reiss ha mostrato che, sotto l'effetto della rotazione terrestre, i forti venti invernali che soffiano frequentemente sul Lago di Ginevra da sud-ovest spingono le acque costiere della sponda settentrionale del Grand Lac verso il centro del lago, con queste acque sostituite dal sorgere di acque più profonde. Gli stessi venti spingono le acque superficiali del Petit Lac verso il Grand Lac, facendo sì che le acque più profonde del Grand Lac prendano il loro posto. Questi due complessi meccanismi di scambio fanno sì che i poveri di ossigeno, strati inferiori ricchi di sostanze nutritive per salire verso l'alto, a volte da profondità di oltre 200 metri (il Lago di Ginevra ha una profondità massima di 309 metri). Questi upwelled, le acque profonde possono rimanere in superficie per diversi giorni (o addirittura raggiungere la superficie) prima di ridiscendere a grandi profondità, permettendo loro di arricchirsi di ossigeno attraverso lo scambio con gli strati superiori e con l'atmosfera.

Per realizzare questo studio, Reiss e il suo team hanno trascorso per la prima volta due inverni a raccogliere dati sul campo, misurare le velocità attuali e le temperature dell'acqua. Hanno quindi utilizzato un modello idrodinamico 3D e l'hanno combinato con una tecnica di modellazione chiamata tracciamento delle particelle per analizzare con grande dettaglio i percorsi delle acque di risalita. "I nostri risultati mostrano quanto siano complessi questi meccanismi, " dice Reiss. "Si svolgono in 3D, il che significa che non possono essere descritti utilizzando i modelli unidimensionali che vengono spesso utilizzati per prevedere l'impatto del cambiamento climatico sui laghi. Questi meccanismi meritano ulteriore attenzione quando si valuta il rinnovo delle acque profonde in grandi, laghi profondi".