Les lacs boréaux jouent un rôle important dans le cycle mondial du carbone. Les petits lacs peu profonds sont abondants dans les régions nordiques, et ils sont souvent biologiquement actifs en raison de la charge de matière organique des bassins versants. À mesure que les microbes dégradent la matière organique accumulée dans la colonne d'eau et dans les sédiments du fond, la concentration de dioxyde de carbone dans la colonne d'eau dépasse le niveau de saturation dans de nombreux lacs, et une partie du dioxyde de carbone est rejetée dans l'atmosphère.

Dans sa thèse à l'Université de Jyväskylä, M.Sc. Petri Kiuru a étudié le cycle du carbone dans les lacs à l'aide d'un modèle basé sur les processus qui décrit l'évolution temporelle de la distribution de la température et de la qualité de l'eau dans un lac. L'étude s'est particulièrement concentrée sur les échanges de dioxyde de carbone entre la colonne d'eau du lac et l'atmosphère. Un autre objectif de l'étude était d'évaluer l'impact du changement climatique sur la dynamique du carbone dans les lacs boréaux.

En raison de l'augmentation de la température de l'air et des précipitations annuelles induites par le changement climatique, les lacs boréaux se réchauffent et la quantité de charge externe de matière organique dans les lacs pourrait augmenter. Les résultats de l'étude ont indiqué que ces facteurs peuvent également augmenter les concentrations de dioxyde de carbone dans les lacs et augmenter la libération de dioxyde de carbone dans l'atmosphère. Ces augmentations devraient également être prises en compte dans l'estimation des changements futurs dans le cycle mondial du carbone.

Dans l'étude, Kiuru a également utilisé des simulations de modèles pour évaluer les effets d'estimations améliorées des échanges de dioxyde de carbone air-eau sur la détermination des bilans de carbone des lacs boréaux. Mesures de flux de dioxyde de carbone en continu qui ont été effectuées avec de nouveaux, des méthodes avancées ont montré que l'échange de dioxyde de carbone entre la colonne d'eau du lac et l'atmosphère se produit plus rapidement que prévu. D'où, également l'étendue de la production de dioxyde de carbone dans les lacs et la quantité de charge de carbone externe, y compris le chargement par les eaux souterraines, devraient être évalués de plus près.

Les modèles basés sur les processus sont des outils importants pour illustrer et étudier les processus dynamiques complexes dans un lac. Ils permettent aux chercheurs de construire une description complète d'un lac et d'étudier l'interaction entre les différentes composantes du système lacustre, comme la couverture de glace; hydrodynamique; thermique, chimique, et conditions biologiques; et le chargement du bassin versant. Le modèle de lac vertical qui a été développé et appliqué dans l'étude peut être davantage utilisé dans la recherche sur les écosystèmes d'eau douce. L'outil de modélisation peut être appliqué pour décrire le cycle du carbone dans différents lacs dans les conditions présentes et futures, en particulier avec des modèles qui simulent les processus hydrologiques et biochimiques dans les bassins versants des lacs et la charge de substances provenant des bassins versants.