Les niveaux d'oxygène dans les lacs d'eau douce tempérés du monde diminuent plus rapidement que dans les océans. Crédit :Gretchen Hansen, Université du Minnesota
Les niveaux d'oxygène dans les lacs d'eau douce tempérés du monde diminuent rapidement, plus rapidement que dans les océans, une tendance largement due au changement climatique qui menace la biodiversité des eaux douces et la qualité de l'eau potable.
Recherche publiée aujourd'hui dans La nature ont constaté que les niveaux d'oxygène dans les lacs étudiés à travers la zone tempérée ont diminué de 5,5% à la surface et de 18,6% dans les eaux profondes depuis 1980. Pendant ce temps, dans un grand sous-ensemble de lacs principalement pollués par des nutriments, les niveaux d'oxygène en surface ont augmenté lorsque la température de l'eau a franchi un seuil favorisant les cyanobactéries, qui peuvent créer des toxines lorsqu'elles s'épanouissent sous la forme de proliférations d'algues nuisibles.
"Toute vie complexe dépend de l'oxygène. C'est le système de soutien des réseaux trophiques aquatiques. Et quand vous commencez à perdre de l'oxygène, vous avez le potentiel de perdre des espèces, ", a déclaré Kevin Rose, auteur et professeur à l'Institut polytechnique Rensselaer. "Les lacs perdent de l'oxygène 2,75 à 9,3 fois plus vite que les océans, un déclin qui aura des impacts dans tout l'écosystème.
Les chercheurs ont analysé un total combiné de plus de 45, 000 profils d'oxygène dissous et de température collectés depuis 1941 dans près de 400 lacs dans le monde. La plupart des enregistrements à long terme ont été collectés dans la zone tempérée, qui s'étend de 23 à 66 degrés de latitude nord et sud. En plus de la biodiversité, la concentration d'oxygène dissous dans les écosystèmes aquatiques influence les émissions de gaz à effet de serre, biogéochimie des nutriments, et ultimement, Santé humaine.
Bien que les lacs ne représentent qu'environ 3 % de la surface terrestre de la Terre, ils contiennent une concentration disproportionnée de la biodiversité de la planète. Auteur principal Stephen F. Jane, qui a terminé son doctorat. avec Rose, a déclaré que les changements sont préoccupants à la fois pour leur impact potentiel sur les écosystèmes d'eau douce et pour ce qu'ils suggèrent sur le changement environnemental en général.
« Les lacs sont des indicateurs ou des « sentinelles » du changement environnemental et des menaces potentielles pour l'environnement, car ils répondent aux signaux du paysage et de l'atmosphère environnants. Nous avons constaté que ces systèmes disproportionnellement plus riches en biodiversité évoluent rapidement, indiquant dans quelle mesure les changements atmosphériques en cours ont déjà eu un impact sur les écosystèmes, " dit Jeanne.
Bien que les pertes généralisées d'oxygène dissous dans les lacs étudiés soient liées au changement climatique, le chemin entre le réchauffement climatique et la modification des niveaux d'oxygène dans l'eau douce est déterminé par différents mécanismes entre les eaux de surface et les eaux profondes.
La désoxygénation des eaux de surface a été principalement conduite par la voie la plus directe :la physique. À mesure que les températures de l'eau de surface augmentaient de 0,38 degrés centigrades par décennie, les concentrations d'oxygène dissous dans les eaux de surface ont diminué de 11,1 milligrammes par litre par décennie.
"Saturation d'oxygène, ou la quantité d'oxygène que l'eau peut contenir, diminue au fur et à mesure que les températures augmentent. C'est une relation physique connue et cela explique la plupart de la tendance de l'oxygène de surface que nous voyons, " dit Rose.
Cependant, certains lacs ont connu simultanément une augmentation des concentrations d'oxygène dissous et un réchauffement des températures. Ces lacs avaient tendance à être plus pollués par les eaux de ruissellement riches en nutriments des bassins hydrographiques agricoles et aménagés et ont des concentrations élevées de chlorophylle. Bien que l'étude n'inclue pas de mesures taxonomiques du phytoplancton, les températures chaudes et la teneur élevée en nutriments favorisent les proliférations de cyanobactéries, dont la photosynthèse est connue pour provoquer une sursaturation en oxygène dissous dans les eaux de surface.
"Le fait que nous assistions à une augmentation de l'oxygène dissous dans ces types de lacs est potentiellement un indicateur d'une augmentation généralisée des proliférations d'algues, dont certains produisent des toxines et sont nocifs. Absence de données taxonomiques, cependant, on ne peut pas le dire définitivement, mais rien d'autre à notre connaissance ne peut expliquer ce schéma, " dit Rose.
La perte d'oxygène dans les eaux plus profondes, où les températures de l'eau sont restées en grande partie stables, suit un chemin plus complexe probablement lié à l'augmentation des températures de l'eau de surface et à une période chaude plus longue chaque année. Le réchauffement des eaux de surface combiné à la stabilité des températures des eaux profondes signifie que la différence de densité entre ces couches, connu sous le nom de "stratification, " augmente. Plus cette stratification est forte, le mélange le moins probable est de se produire entre les couches. Le résultat est que l'oxygène dans les eaux profondes est moins susceptible de se reconstituer pendant la saison stratifiée chaude, car l'oxygénation provient généralement de processus qui se produisent près de la surface de l'eau.
« L'augmentation de la stratification rend le mélange ou le renouvellement de l'oxygène de l'atmosphère vers les eaux profondes plus difficile et moins fréquent, et l'oxygène dissous en eau profonde diminue en conséquence, ", a déclaré Rose. Les pertes de clarté de l'eau étaient également associées à des pertes d'oxygène dissous en eau profonde dans certains lacs. Cependant, il n'y a pas eu de baisse globale de la clarté dans les lacs.
Les concentrations d'oxygène régulent de nombreuses autres caractéristiques de la qualité de l'eau. Lorsque les niveaux d'oxygène diminuent, bactéries qui se développent dans des environnements sans oxygène, comme celles qui produisent le puissant gaz à effet de serre méthane, commencer à proliférer. Cela suggère le potentiel que les lacs libèrent des quantités accrues de méthane dans l'atmosphère en raison de la perte d'oxygène. En outre, les sédiments libèrent plus de phosphore dans des conditions de faible teneur en oxygène, en ajoutant des nutriments aux eaux déjà stressées.
"Les recherches en cours ont montré que les niveaux d'oxygène diminuent rapidement dans les océans du monde. Cette étude prouve maintenant que le problème est encore plus grave dans les eaux douces, menaçant nos approvisionnements en eau potable et le fragile équilibre qui permet à des écosystèmes d'eau douce complexes de prospérer, " dit Curt Breneman, doyen de l'École des sciences. "Nous espérons que cette découverte apportera une plus grande urgence aux efforts visant à lutter contre les effets progressivement néfastes du changement climatique."
« Désoxygénation généralisée des lacs tempérés » a été publié avec le soutien de la National Science Foundation. Rose et Jane ont été rejointes par des dizaines de collaborateurs de GLEON, le Réseau mondial des observatoires écologiques des lacs, et basé dans les universités, cabinets de conseil en environnement, et les agences gouvernementales du monde entier.