Nature：随着地球变暖，世界湖泊的氧气迅速流失

全球温带淡水湖的氧气水平正在迅速下降——比海洋的下降速度还要快——这种趋势主要是由威胁淡水生物多样性和饮用水质量的气候变化造成的。

　　

 

   

图片:世界温带淡水湖的氧气水平比海洋下降得更快。

来源:格雷琴·汉森，明尼苏达大学

纽约州特洛伊——全球温带淡水湖的氧气水平正在迅速下降，下降速度比海洋还快。这种趋势主要是由气候变化造成的，它威胁着淡水生物多样性和饮用水质量。

今天发表在《自然》杂志上的一项研究发现，自1980年以来，在整个温带被调查的湖泊中，水面的含氧量下降了5.5%，深水的含氧量下降了18.6%。与此同时，在大部分受营养物污染的湖泊中，当水温超过有利于蓝藻细菌的阈值时，表层氧气水平会上升，当蓝藻细菌以有害的藻类繁盛的形式大量繁殖时，会产生毒素。

“所有复杂的生命都依赖氧气。它是水生食物网的支持系统。当你开始失去氧气时，你就有可能失去物种，”伦斯勒理工学院的教授兼作家凯文·罗斯说。“湖泊失去氧气的速度是海洋的2.75-9.3倍，这种下降将对整个生态系统产生影响。”

研究人员分析了自1941年以来从全球近400个湖泊收集的超过4.5万个溶解氧和温度曲线。大部分长期记录都是在北纬23 - 66度的温带地区收集的。除生物多样性外，水生态系统中溶解氧的浓度影响温室气体排放、营养生物地球化学，并最终影响人类健康。

虽然湖泊只占地球陆地表面的3%，但它们却不成比例地集中了地球上的生物多样性。该研究的第一作者史蒂芬·f·简(Stephen F. Jane)在罗斯大学完成了博士学位，他说，这些变化令人担忧，既因为它们对淡水生态系统的潜在影响，也因为它们对总体环境变化的建议。

“湖泊是环境变化和对环境潜在威胁的指示器或‘哨兵’，因为它们对周围景观和大气的信号作出反应。”我们发现这些不成比例的更多的生物多样性系统正在迅速变化，这表明正在进行的大气变化已经在一定程度上影响了生态系统，”简说。

虽然被研究的湖泊中溶解氧的广泛流失与气候变化有关，但气候变暖与淡水氧水平变化之间的路径是由表层和深水之间的不同机制驱动的。

表层水体的脱氧主要是由最直接的路径驱动的:物理。随着地表水温度每十年升高0.38摄氏度，地表水溶解氧浓度每十年每升下降0.11毫克。

“氧饱和度，也就是水可以容纳的氧气量，会随着温度的升高而下降。这是一种已知的物理关系，它解释了我们看到的表面氧气的大部分趋势。”罗斯说道。

然而，一些湖泊同时经历了溶解氧浓度增加和温度升高。这些湖泊往往更容易受到来自农业和发达流域的富营养径流的污染，而且叶绿素浓度较高。虽然这项研究没有包括浮游植物的分类测量，温暖的温度和升高的营养含量有利于蓝藻的水华，其光合作用被认为导致溶解氧过饱和的地表水。

“我们看到这些类型的湖泊中溶解氧的增加，这一事实可能预示着藻华的广泛增加，其中一些会产生有毒有害物质。”然而，由于缺乏分类数据，我们不能肯定地说，但我们所知道的其他任何东西都无法解释这种模式，”罗斯说。

在水深较深的水域，水温基本保持稳定，而氧气的流失则遵循着一个更为复杂的路径，这很可能与地表水温度的上升和每年较长的暖期有关。表层海水变暖，深水温度稳定，这意味着这些层之间的密度差异，即所谓的“分层”正在增加。这种分层越强，层间发生混合的可能性就越小。结果是，在温暖的分层季节，深水中的氧气不太可能得到补充，因为氧气通常来自于发生在水面附近的过程。

罗斯说:“分层现象的增加使得从大气中向深水混合或更新氧气变得更加困难，而且频率更低，深水溶解氧随之下降。”在一些湖泊中，水的清晰度损失也与深水溶解氧的损失有关。然而，湖泊的清晰度并没有出现总体下降。

氧气浓度可以调节水质的许多其他特征。当氧气水平下降时，那些在无氧环境中茁壮成长的细菌，比如那些产生强大温室气体甲烷的细菌，就会开始繁殖。这表明，由于氧气的流失，湖泊向大气中释放的甲烷数量可能增加。此外，在低氧条件下，沉积物会释放更多的磷，给已经受到压力的水域增加营养物质。

“正在进行的研究表明，世界海洋中的氧气水平正在迅速下降。这项研究现在证明，淡水中的问题甚至更为严重，威胁着我们的饮用水供应和使复杂淡水生态系统繁荣发展的微妙平衡，”理学院院长Curt Breneman说。“我们希望这一发现能给应对气候变化的日益不利影响带来更大的紧迫性。”

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