Controlli della risposta termica dei laghi temperati al riscaldamento atmosferico

Nature Communications volume 14, numero articolo: 6503 (2023) Citare questo articolo

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Il riscaldamento atmosferico riscalda i laghi, ma le cause della variazione tra i bacini sono poco conosciute. Qui, i profili multidecennali delle temperature dell’acqua, dello stato trofico e del clima locale di 345 laghi temperati sono combinati con i dati sulla geomorfologia dei laghi e sulle caratteristiche dei bacini idrografici per identificare i controlli dei tassi relativi di cambiamento della temperatura nell’acqua (WT) e nell’aria (AT). durante l'estate. Mostriamo che le differenze nel clima locale (AT, velocità del vento, umidità, irradianza), copertura del suolo (foreste, aree urbane, agricoltura), geomorfologia (altitudine, rapporto area/profondità) e trasparenza dell'acqua spiegano >30% della differenza nel tasso del riscaldamento del lago rispetto a quello dell’atmosfera. È importante sottolineare che il tasso di riscaldamento del lago rallenta man mano che l’aria si riscalda (P <0,001). I laghi limpidi, freddi e profondi, soprattutto ad alta quota e in bacini idrografici indisturbati, sono particolarmente sensibili ai cambiamenti della temperatura atmosferica. Suggeriamo che i tassi di riscaldamento delle acque superficiali potrebbero diminuire rispetto all’atmosfera in un futuro più caldo, in particolare nei siti già in fase di sviluppo terrestre o eutrofizzazione.

Il cambiamento climatico ha alterato in modo significativo i laghi di tutto il mondo e si prevede che aggraverà le attuali minacce agli ecosistemi e all’umanità1,2. I laghi sono fondamentali per i processi idrologici, biogeochimici ed ecologici, pertanto la conoscenza della loro reattività ai cambiamenti climatici è essenziale per la loro gestione e il mantenimento dei servizi ecosistemici3. In particolare, la ricerca recente si è concentrata sui modelli e sull’apparente sensibilità dei laghi al riscaldamento atmosferico, a causa del ruolo critico della temperatura dell’acqua del lago (WT) nella regolazione dei processi ecosistemici, come la crescita degli organismi, i cicli biogeochimici e le interazioni della rete alimentare2. A causa dell’elevato calore specifico dell’acqua, le temperature dei laghi sono spesso protette dalle variazioni meteorologiche ad alta frequenza e integrano invece cambiamenti a lungo termine (da mensili ad annuali) nei flussi di energia associati alla variabilità climatica4. Di conseguenza, le caratteristiche della copertura del ghiaccio, della stratificazione, della temperatura superficiale, dell’evaporazione e del livello dell’acqua sono tutte cambiate notevolmente negli ultimi decenni in risposta al riscaldamento climatico2. Vi è inoltre una crescente preoccupazione che le elevate temperature atmosferiche (TA) stiano accentuando i sintomi dell’eutrofizzazione, come la frequenza, l’entità e l’estensione geografica delle fioriture di cianobatteri5,6,7. Pertanto, comprendere la risposta della temperatura dell’acqua dei laghi al riscaldamento climatico è fondamentale per prevedere il cambiamento biotico e anticipare le ripercussioni della variabilità climatica sui laghi e sugli ecosistemi associati8.

Studi recenti hanno documentato trend pluridecennali della temperatura dell’acqua dei laghi, suggerendo aumenti diffusi del WT della superficie del lago in risposta al riscaldamento atmosferico8,9,10,11,12. Ad esempio, Jane et al.9 hanno indicato che il WT della superficie lacustre nella zona temperata è aumentato di 0,39 °C per decennio dal 1980 al 2017, mentre l’AT è aumentato di 0,30 °C per decennio nello stesso periodo. Oltre alle differenze nei tassi di variazione della temperatura dell’aria e dell’acqua, i singoli laghi hanno mostrato un’ampia gamma di tassi e entità del cambiamento del WT superficiale, includendo in alcuni casi anche il raffreddamento dell’intero lago nonostante il riscaldamento atmosferico13. Questi risultati sottolineano l’importanza di tenere conto dei fattori che controllano i bilanci termici dei bacini, piuttosto che assumere che il WT risponda uniformemente agli aumenti di AT.

L’eterogeneità nel tasso di riscaldamento dei laghi può impedire semplici affermazioni sulle tendenze del WT del lago13 e sottolinea l’importanza di considerare possibili controlli del riscaldamento, inclusi il clima, le caratteristiche dei bacini idrografici, la geomorfometria del lago e le condizioni trofiche in situ. In generale, si prevede che le caratteristiche climatiche (ad esempio, irradianza, umidità, velocità del vento) siano i fattori predominanti che regolano le differenze nei tassi di riscaldamento del lago e dell'atmosfera3,14, mentre i parametri che controllano la ridistribuzione del calore all'interno del lago hanno effetti secondari sul riscaldamento del lago10 . Infatti, le variazioni nella geomorfologia del lago (ad esempio, profondità, tempo di residenza dell'acqua, elevazione)15,16,17, nelle caratteristiche dei bacini idrografici (ad esempio, uso del suolo)18,19 e nello stato trofico (ad esempio, limpidezza dell'acqua)17,20,21 possono modulare gli effetti climatici sui singoli laghi influenzando il modo in cui l'energia viene distribuita con la profondità. Ad esempio, Woolway et al.16 suggeriscono che i laghi freddi e profondi rispondono più rapidamente alla variazione dell'AT, mentre altri hanno scoperto che i laghi poco profondi sono più sensibili al riscaldamento dell'aria15,22. Rose et al.21 indicano che la risposta del WT del lago ai cambiamenti dell'AT variava tra i siti in parte a causa delle differenze nella limpidezza dell'acqua e nella profondità del lago. Questa variazione nella reattività del WT alle condizioni atmosferiche evidenzia le risposte eterogenee e complesse dei laghi al clima e ad altri fattori di stress e rende difficile prevedere il rischio di danni all’ecosistema dovuti ai cambiamenti climatici. Inoltre, ad oggi, la maggior parte delle inferenze meccanicistiche sono state tratte da esperimenti di simulazione numerica e richiedono ancora validazione utilizzando estese osservazioni sui laghi. Poiché gli ecosistemi lacustri sono già seriamente minacciati da numerosi fattori di stress indotti dall'uomo (ad esempio, eutrofizzazione7, deossigenazione9), è fondamentale capire dove e come il cambiamento climatico globale aumenterà gli effetti dei fattori di stress esistenti su questi importanti ecosistemi22,23 e implementare questa conoscenza per le future strategie di gestione e conservazione24.