En raison de l'utilisation des terres et du changement climatique, les lacs et les réservoirs du monde entier connaissent de fortes diminutions des concentrations d'oxygène dans leurs eaux de fond. Il est bien documenté que de faibles niveaux d'oxygène ont des effets néfastes sur les poissons et la qualité de l'eau, mais on sait peu de choses sur la façon dont ces conditions affecteront la concentration de dioxyde de carbone et de méthane dans les eaux douces.

Le dioxyde de carbone et le méthane sont les principales formes de carbone que l'on peut trouver dans l'atmosphère terrestre. Ces deux gaz sont en partie responsables de l'effet de serre, un processus qui augmente les températures mondiales de l'air. Le méthane est 34 fois plus puissant comme gaz à effet de serre que le dioxyde de carbone, Par conséquent, savoir comment les faibles niveaux d'oxygène dans les lacs et les réservoirs affectent à la fois le dioxyde de carbone et le méthane pourrait avoir des implications importantes pour le réchauffement climatique.

Jusqu'à maintenant, les chercheurs ne disposaient d'aucune donnée empirique à l'échelle de l'ensemble de l'écosystème pour dire avec certitude comment la modification de l'oxygène peut affecter ces deux gaz à effet de serre.

"Nous avons constaté que de faibles niveaux d'oxygène augmentaient les concentrations de méthane de 15 à 800 fois à l'échelle de l'ensemble de l'écosystème, " dit Alexandria Hounshell, chercheur postdoctoral au Département des sciences biologiques du Collège des sciences. "Nos travaux montrent que les faibles niveaux d'oxygène dans les eaux de fond des lacs et des réservoirs augmenteront probablement le potentiel de réchauffement planétaire de ces écosystèmes d'environ un ordre de grandeur."

Les chercheurs de Virginia Tech viennent de publier ces résultats dans un article à fort impact en Lettres de Limnologie et Océanographie .

Pour déterminer une corrélation entre les concentrations d'oxygène et de méthane, les chercheurs se sont concentrés sur deux réservoirs à l'extérieur de Roanoke. En collaboration avec la Western Virginia Water Authority, l'équipe de recherche a exploité un système d'oxygénation dans le réservoir de Falling Creek, qui pompe de l'oxygène dans les eaux du fond et permet aux chercheurs d'étudier les concentrations d'oxygène à l'échelle de l'ensemble de l'écosystème. En surveillant également le réservoir Beaverdam, un réservoir amont sans système d'oxygénation, ils ont pu comparer les concentrations de gaz à effet de serre dans les eaux de fond des deux réservoirs. Ils ont mené l'expérience sur trois ans pour voir à quel point leurs résultats étaient cohérents dans le temps.

« Les niveaux de méthane étaient beaucoup plus élevés lorsqu'il n'y avait pas d'oxygène dans les eaux de fond de ces réservoirs ; alors que les niveaux de dioxyde de carbone étaient les mêmes, quel que soit le taux d'oxygène, " a déclaré Cayelan Carey, professeur agrégé de sciences biologiques et membre affilié du corps professoral du Global Change Center. "Avec de faibles niveaux d'oxygène, notre travail montre que vous obtiendrez une production plus élevée de méthane, ce qui conduit à plus de réchauffement climatique à l'avenir."

Cette étude a été l'une des premières à tester expérimentalement à l'échelle de l'ensemble de l'écosystème comment différents niveaux d'oxygène affectent les gaz à effet de serre. Logistiquement, il est extrêmement difficile de manipuler des écosystèmes entiers en raison de leur complexité et de leurs nombreuses pièces mobiles. Même si les scientifiques peuvent utiliser la modélisation informatique et les expériences de laboratoire, rien n'est aussi définitif que la vraie chose.

"Nous avons pu faire une substitution de l'espace au temps parce que nous avons ces deux réservoirs que nous pouvons manipuler et contraster l'un avec l'autre pour voir à quoi pourrait ressembler l'avenir, à mesure que les niveaux inférieurs d'oxygène dans les eaux de fond deviennent plus fréquents. Nous pouvons dire avec une grande certitude que nous allons voir ces lacs devenir de plus gros émetteurs de méthane à mesure que les niveaux d'oxygène diminuent, " dit Carey.

Selon Hounshell, la force de leurs résultats réside dans l'étendue de l'étude sur plusieurs années. Malgré une gamme de conditions météorologiques au cours des trois années, l'étude a affirmé que des concentrations de méthane beaucoup plus élevées dans des conditions de faible teneur en oxygène se produisent systématiquement chaque année, peu importe la température de l'air.

Finalement, cette étude est cruciale pour la façon dont les chercheurs, et le grand public, pensez à la façon dont les écosystèmes d'eau douce produisent des gaz à effet de serre à l'avenir. Avec l'augmentation des faibles concentrations d'oxygène dans les lacs et les réservoirs du monde entier, ces écosystèmes produiront des concentrations plus élevées de méthane à l'avenir, conduisant à plus de réchauffement climatique.

Bien sûr, ces changements écologiques ne se produisent pas seulement dans la région de Roanoke. Autour du globe, un certain nombre d'études ont mis en évidence une modification du cycle du carbone dans les écosystèmes terrestres et marins. Cependant, cette étude est l'une des rares à aborder ce phénomène dans les lacs et réservoirs, qui sont souvent négligés dans les budgets carbone. Cette étude comblera ces lacunes dans les connaissances et mettra en lumière ce que nous pouvons faire en tant que citoyens pour résoudre ce problème.

Cette étude suggère qu'empêcher les lacs de connaître de faibles concentrations d'oxygène en premier lieu pourrait les empêcher davantage d'atteindre le point de basculement, quand ils commencent à devenir de gros producteurs de méthane. Les petites décisions peuvent s'additionner. Par exemple, la diminution du ruissellement dans les lacs et les réservoirs peut empêcher l'épuisement de l'oxygène dans leurs eaux de fond. "Ne mettez pas une tonne d'engrais sur votre pelouse, et soyez vraiment stratégique sur la quantité d'engrais que vous utilisez et comment vous l'utilisez, " dit Hounshell.

Et les gaz à effet de serre ne sont qu'une petite partie du tableau d'ensemble du fonctionnement des réservoirs dans le cycle mondial du carbone. Actuellement, l'équipe de recherche mène des études de suivi sur la manipulation de l'oxygène pour élucider d'autres composants qui contribuent au changement de l'écosystème. Ils continueront de surveiller les manipulations d'oxygène dans les deux réservoirs de Roanoke pour voir comment le réservoir peut affecter l'écosystème à long terme.