2 tygodni temu
Wody śródlądowe – jeziora, rzeki i sztuczne zbiorniki – stanowią istotny komponent globalnego systemu biogeochemicznego, odgrywając kluczową rolę w regulacji obiegu pierwiastków, dynamice gazów cieplarnianych oraz funkcjonowaniu ekosystemów lądowych i morskich. Najnowsze badania pokazują jednak, iż ich funkcjonowanie ulega głębokim przemianom. W ciągu ostatniego stulecia cykl tlenu w wodach śródlądowych został poważnie zakłócony, a konsekwencje tego procesu mogą rozciągać się daleko poza same środowiska wodne.
Światowy model pokazuje, jak oddychają rzeki i jeziora
Zespół naukowców z Uniwersytetu w Utrechcie, pod kierunkiem Junjie Wanga i Jacka Middelburga, opracował pierwszy w historii globalny model opisujący obieg tlenu w wodach śródlądowych. Model IMAGE-DGNM objął lata 1900–2010 i pozwolił na precyzyjne oszacowanie, jak zmieniały się produkcja, zużycie i wymiana tlenu z atmosferą pod wpływem czynników klimatycznych, działalności człowieka oraz procesów biogeochemicznych.
Wyniki analizy są niepokojące. W ciągu stu lat produkcja tlenu w wodach wzrosła z 0,16 do 0,94 mld ton rocznie, natomiast jego zużycie zwiększyło się z 0,44 do 1,47 mld ton rocznie. Oznacza to, iż wody śródlądowe co prawda produkują coraz więcej tlenu, ale też więcej go zużywają, a w związku z tym nie są w stanie zaspokoić własnego zapotrzebowania. W efekcie bilans netto produkcji i zużycia staje się coraz bardziej ujemny. Deficyt wzrósł z -0,3 do -0,5 mld ton tlenu rocznie.
Skąd bierze się tlen w wodzie?
Tlen w wodach śródlądowych powstaje głównie w procesie fotosyntezy, prowadzonej przez glony i rośliny wyższe. Na początku XX w. dominowała produkcja przy dnie (tzw. bentosowa), ale z czasem coraz większą rolę zaczęła odgrywać fotosynteza w toni wodnej (pelagialna). Przełom nastąpił w latach 70. XX w., kiedy do wód zaczęły trafiać znacznie większe ilości związków odżywczych, głównie wskutek działalności rolniczej i komunalnej.
Z czasem zmieniła się również geografia produkcji tlenu. W 1900 r. najaktywniejsze pod tym względem były systemy wodne w tropikach, m.in. dorzecza Amazonki, Konga czy Orinoko. Do 2010 r. centrum aktywności przesunęło się na bardziej zurbanizowane obszary: południowo-wschodnie Stany Zjednoczone, Europę Zachodnią i Azję Południowo-Wschodnią. Równocześnie zwiększyła się rola zbiorników wodnych. Ich udział w globalnej produkcji tlenu wzrósł z 53 do aż 85 proc. To skutek masowej budowy zapór, które przekształciły naturalne rzeki w zbiorniki o długim czasie retencji.
Tlenu ubywa szybciej, niż przybywa
Zapotrzebowanie na tlen w wodach śródlądowych rośnie, co wynika z intensyfikacji wielu procesów biologicznych i chemicznych. Tlen jest zużywany m.in. podczas oddychania organizmów wodnych, mineralizacji materii organicznej oraz procesów chemicznych, takich jak nitryfikacja. Choć glony i rośliny produkują tlen w procesie fotosyntezy, same również go zużywają, szczególnie nocą, gdy procesy oddychania przeważają nad fotosyntezą. Problemem są też coraz większe ilości materii organicznej trafiające z lądu oraz powstające lokalnie i rozkładane przez mikroorganizmy, co generuje duże zapotrzebowanie na tlen. Szczególnie intensywne zużycie zachodzi w osadach dennych, które – jak pokazują wyniki modelu – pochłaniają więcej tlenu, niż może zostać uzupełnione przez produkcję fotosyntetyczną czy wymianę z atmosferą.
W efekcie zapotrzebowanie na tlen w wodach śródlądowych nieustannie przewyższa jego lokalną produkcję, co prowadzi do trwałego deficytu. Aby utrzymać równowagę biogeochemiczną, ekosystemy pobierają tlen z atmosfery. Jak wynika z analizy, w 1900 r. absorpcja tlenu atmosferycznego wynosiła 0,66 mld ton rocznie, a w 2010 r. było to już 0,95 mld ton. Choć powierzchnia wód śródlądowych to zaledwie 0,2 proc. powierzchni oceanów, pochłaniają one niemal połowę ilości tlenu, jaką do atmosfery oddaje Wszechocean. Większość wymiany gazowej zachodzi w rzekach i strumieniach, jednak najbardziej intensywne procesy produkcji i konsumpcji tlenu występują w zbiornikach wodnych. Wody śródlądowe, mimo swej istotnej roli, wciąż są nieuwzględniane w globalnych modelach klimatycznych oraz raportach IPCC, co stanowi poważną lukę w szacunkach dotyczących globalnego obiegu tlenu.
Dlaczego wody śródlądowe coraz szybciej tracą tlen?
Model wskazuje trzy główne przyczyny:
- nadmiar składników odżywczych (azot, fosfor) z nawozów i ścieków;
- przekształcenia hydrologiczne – zapory i zbiorniki wydłużające czas retencji wody;
- globalne ocieplenie, które ogranicza rozpuszczalność tlenu i przyspiesza rozkład materii.
Co istotne, sam wzrost temperatury odpowiada tylko za 10–20 proc. zmian w cyklu tlenowym. To oznacza, iż to nie klimat, ale przede wszystkim bezpośrednia działalność człowieka (nawożenie, ścieki, regulacje rzek) odpowiada za obecny stan.
Symulacje wykazały, iż bez historycznego wzrostu dopływu składników odżywczych produkcja tlenu w wodach śródlądowych byłaby niższa aż o 56 proc., a jego zużycie – o 67 proc. Oznacza to, iż eutrofizacja rzeczywiście napędza intensyfikację procesów tlenotwórczych, ale jeszcze silniej zwiększa zapotrzebowanie na ten gaz. W efekcie bilans pozostaje ujemny – i to właśnie nadmiar substancji biogennych, połączony z przekształceniami hydrologicznymi (które odpowiadają za ponad 80 proc. wzrostu produkcji tlenu), prowadzi do głębokich i niekorzystnych zmian w funkcjonowaniu ekosystemów wodnych.
Skutki dla klimatu i ekosystemów
Zaburzenia cyklu tlenowego w wodach śródlądowych niosą poważne konsekwencje nie tylko dla organizmów wodnych. Tlen wpływa na obieg wielu innych pierwiastków, takich jak węgiel, azot czy fosfor. Deficyt tlenu może prowadzić do:
- częstszych i bardziej intensywnych zakwitów glonów, których rozkład po obumarciu pogłębia niedotlenienie;
- niedotlenienia (tzw. przyduchy) i masowego śnięcia ryb;
- pogorszenia jakości wody pitnej;
- zanikania bioróżnorodności;
- zwiększonych emisji gazów cieplarnianych.
Wszystko to może mieć wpływ na klimat, zdrowie publiczne i bezpieczeństwo żywnościowe. Autorzy badania podkreślają, iż jeżeli nie zostaną podjęte działania ograniczające dopływ składników odżywczych i emisję gazów cieplarnianych, wody śródlądowe staną się jeszcze większymi pochłaniaczami tlenu atmosferycznego, co będzie miało dalsze konsekwencje dla całej Ziemi.
