Controles da resposta térmica de lagos temperados ao aquecimento atmosférico

Nature Communications volume 14, número do artigo: 6503 (2023) Citar este artigo

Detalhes das métricas

O aquecimento atmosférico aquece os lagos, mas as causas da variação entre as bacias são pouco compreendidas. Aqui, perfis multidecenais de temperaturas da água, estado trófico e clima local de 345 lagos temperados são combinados com dados sobre geomorfologia de lagos e características de bacias hidrográficas para identificar controles das taxas relativas de mudança de temperatura na água (WT) e no ar (AT) durante o verão. Mostramos que diferenças no clima local (AT, velocidade do vento, umidade, irradiância), cobertura da terra (floresta, urbana, agricultura), geomorfologia (elevação, relação área/profundidade) e transparência da água explicam >30% da diferença na taxa do aquecimento do lago em comparação com o da atmosfera. É importante ressaltar que a taxa de aquecimento do lago diminui à medida que o ar aquece (P <0,001). Lagos claros, frios e profundos, especialmente em altitudes elevadas e em bacias hidrográficas não perturbadas, são particularmente sensíveis às mudanças na temperatura atmosférica. Sugerimos que as taxas de aquecimento das águas superficiais podem diminuir em relação à atmosfera num futuro mais quente, particularmente em locais que já registam desenvolvimento terrestre ou eutrofização.

As alterações climáticas alteraram significativamente os lagos em todo o mundo e espera-se que exacerbem as atuais ameaças aos ecossistemas e à humanidade1,2. Os lagos são fundamentais para os processos hidrológicos, biogeoquímicos e ecológicos, pelo que o conhecimento sobre a sua capacidade de resposta às alterações climáticas é essencial para a sua gestão e manutenção dos serviços ecossistémicos3. Em particular, a investigação recente centrou-se nos padrões e na aparente sensibilidade dos lagos ao aquecimento atmosférico, devido ao papel crítico da temperatura da água do lago (WT) na regulação dos processos ecossistémicos, tais como o crescimento de organismos, os ciclos biogeoquímicos e as interacções da cadeia alimentar2. Devido ao elevado calor específico da água, as temperaturas dos lagos são frequentemente protegidas contra variações meteorológicas de alta frequência e, em vez disso, integram mudanças de longo prazo (mensais a anuais) nos fluxos de energia associados à variabilidade climática4. Como resultado, as características da cobertura de gelo, estratificação, temperatura da superfície, evaporação e nível da água mudaram notavelmente nas últimas décadas em resposta ao aquecimento climático2. Existe também uma preocupação crescente de que as temperaturas atmosféricas elevadas (TA) estejam a aumentar os sintomas de eutrofização, tais como a frequência, magnitude e extensão geográfica da proliferação de cianobactérias5,6,7. Portanto, compreender a resposta da temperatura da água do lago ao aquecimento climático é fundamental para prever as mudanças bióticas e antecipar as repercussões da variabilidade climática nos lagos e nos ecossistemas associados8.

Estudos recentes documentaram tendências de várias décadas na temperatura da água do lago, sugerindo aumentos generalizados na WT da superfície do lago em resposta ao aquecimento atmosférico8,9,10,11,12. Por exemplo, Jane et al.9 indicaram que a WT da superfície do lago na zona temperada aumentou 0,39 °C por década de 1980 a 2017, enquanto a AT aumentou 0,30 °C por década durante o mesmo período. Além das diferenças nas taxas de mudança nas temperaturas do ar e da água, os lagos individuais exibiram uma ampla variação na taxa e magnitude da mudança de WT na superfície, incluindo até mesmo o resfriamento de todo o lago, apesar do aquecimento atmosférico em alguns casos . Estas conclusões enfatizam a importância de ter em conta os factores que controlam os orçamentos de calor das bacias, em vez de assumir que a WT responde uniformemente aos aumentos na TA.

A heterogeneidade na taxa de aquecimento dos lagos pode impedir afirmações simples sobre as tendências da WT dos lagos13 e sublinha a importância de considerar possíveis controlos do aquecimento, incluindo o clima, as características das bacias hidrográficas, a geomorfometria dos lagos e as condições tróficas in situ. Geralmente, espera-se que as características climáticas (por exemplo, irradiância, umidade, velocidade do vento) sejam os fatores predominantes que regulam as diferenças nas taxas de aquecimento do lago e da atmosfera3,14, enquanto os parâmetros que controlam a redistribuição do calor dentro do lago têm efeitos secundários no aquecimento do lago10. . Na verdade, variações na geomorfologia do lago (por exemplo, profundidade, tempo de residência da água, elevação)15,16,17, características da bacia hidrográfica (por exemplo, uso da terra)18,19 e status trófico (por exemplo, clareza da água)17,20,21 podem modular os efeitos climáticos em lagos individuais, afetando a forma como a energia é distribuída com a profundidade. Por exemplo, Woolway et al.16 sugerem que lagos frios e profundos respondem mais rapidamente à variação na TA, enquanto outros descobriram que lagos rasos são mais sensíveis ao aquecimento do ar15,22. Rose et al.21 indicam que a resposta do WT do lago às mudanças de TA variou entre os locais, em parte devido às diferenças na clareza da água e na profundidade do lago. Esta variação na capacidade de resposta do WT às condições atmosféricas destaca as respostas heterogéneas e complexas dos lagos ao clima e a outros factores de stress e torna difícil prever o risco de danos nos ecossistemas devido às alterações climáticas. Além disso, até o momento, a maioria das inferências mecanicistas foram extraídas de experimentos de simulação numérica e ainda requerem validação usando extensas observações de lagos. Como os ecossistemas lacustres já estão gravemente ameaçados por numerosos factores de stress induzidos pelo homem (por exemplo, eutrofização7, desoxigenação9), é vital compreender onde e como as alterações climáticas globais aumentarão os efeitos dos factores de stress existentes nestes importantes ecossistemas22,23, e implementar este conhecimento para futuras estratégias de gestão e conservação24.