Wodny przegląd publikacji (22)

Środek lata, żar leje się z nieba, więc trudno uniknąć odniesień do prac opisujących wpływ wysokich temperatur na środowisko wodne. A tych w ostatnich tygodniach pojawiło się szczególnie dużo. Ponieważ woda to powszechny kierunek naszych wypadów urlopowych, w wakacyjnym przeglądzie piśmiennictwa mówimy dużo o tym, jaki wpływ ma ocieplenie klimatu na różne aspekty struktury i funkcjonowania ekosystemów wodnych i od wód zależnych. Będzie o suszy, o podtopieniach, o wzroście temperatury słupa wody, wzroście żyzności wód oraz możliwości ich oczyszczania przez makrofity przy stymulacji sztucznym światłem podwodnym. A także o tym, jak zasolenie i zmiany przepływu wód w ciekach miejskich oddziałują na społeczności organizmów wodnych. Spieszmy się spędzać wakacje nad wodami, tak szybko degradują!

1. Emergence of lake conditions that exceed natural temperature variability

Huang L., Woolway R.I., Timmermann A. et al. Emergence of lake conditions that exceed natural temperature variability. Nat. Geosci. (2024).

Nikogo chyba nie zaskoczy stwierdzenie, że w związku ze zmianą klimatu prognozuje się istotny wzrost temperatury powierzchni jezior. To z kolei może powodować zmiany w rozmieszczeniu gatunków wodnych wrażliwych na warunki termiczne. Naukowcy zbadali to zjawisko, wykorzystując wyniki dobowe projekcji modelu systemu ziemskiego CESM2-LE (Community Eart System Model ver. 2 Large Ensemble) dla zestawu symulacji historycznych (1850-2014) i przyszłych (2015-2100). Wyniki wskazały, że globalne ocieplenie spowoduje zmiany termiczne w słupie wody, prowadząc do pojawienia się nowych warunków, niemających współcześnie odpowiedników (nieanalogiczne, czyli o temperaturze wykraczającej poza zakres naturalnej zmienności, bez analogii ani dzisiaj, ani w przeszłości).

Warunki nieanalogiczne pojawią się w pierwszej kolejności w jeziorach położonych na niskich szerokościach geograficznych. W przypadku zimniejszych jezior, w północnych, chłodnych regionach lub południowych o klimacie umiarkowanym przewiduje się, że warunki nieanalogiczne wystąpią dopiero, jeśli ocieplenie przekroczy ~4,0 °C. Zmiany te prawdopodobnie wpłyną znacząco na możliwość ich zasiedlenia, co doprowadzi do zmiany składu taksonomicznego zbiorowisk słodkowodnych. Zjawisko to spodziewane jest jeszcze w tym stuleciu.

2. Severe droughts reduce river navigability and isolate communities in the Brazilian Amazon

Santos de Lima L., Silva F.E., Dorio Anastácio P.R. et al. (2024). Severe droughts reduce river navigability and isolate communities in the Brazilian Amazon. Commun Earth Environ 5, 370.

Wraz ze zmianą klimatu zmienia się nie tylko termika wód, ale przede wszystkim nasila się problem suszy, a to ma poważne skutki dla funkcjonowania i bezpieczeństwa całych społeczności. W badaniu, którego wyniki opublikowane zostały na łamach Communications Earth & Environment, naukowcy przeanalizowali sytuację brazylijskich społeczności zamieszkujących dorzecze Amazonki podczas ekstremalnych susz, które nawiedziły ten obszar w latach 2000-2020. Wyniki wskazują, że susze w latach 2005, 2010 i 2016 były najdotkliwsze, a niski poziom wód utrzymywał się ponad miesiąc dłużej niż zazwyczaj.

Tego typu susze zakłócają śródlądowy transport wodny i izolują lokalną ludność, ograniczając dostęp do podstawowych towarów (żywność, paliwo, leki) i podstawowych usług (opieka zdrowotna, edukacja). Biorąc pod uwagę tę nową rzeczywistość, kraje Amazonii muszą opracować długoterminowe strategie łagodzenia skutków, adaptacji i reagowania na katastrofy w celu zapewnienia bezpieczeństwa żywnościowego i zdrowotnego społeczeństw zamieszkujących te regiony. Okazuje się, że poleganie na transporcie wodnym w czasach powszechnych deficytów tego medium może mieć zupełnie niezamierzone skutki.

3. Rising seas could cross thresholds for initiating coastal wetland drowning within decades across much of the United States

Osland M.J., Chivoiu B., Grace J.B. et al. (2024). Rising seas could cross thresholds for initiating coastal wetland drowning within decades across much of the United States. Commun Earth Environ 5, 372 (2024).

Z powodu zmiany klimatu jednych wysusza, a innych zalewa. Przyspieszony wzrost poziomu morza stanowi zagrożenie dla terenów przybrzeżnych, jednak zasięg i przewidywany horyzont czasowy tych zalewów nie są wystarczająco rozpoznane. Amerykańscy naukowcy przeanalizowali trzy alternatywne scenariusze względnego wzrostu poziomu morza: średnio-niski, pośredni i średnio-wysoki (odpowiadające 0,5; 1,0 i 1,5 m wzrostu średniego poziomu morza do 2100 r. w porównaniu z wartością bazową z 2000 r.) dla obszarów obejmujących Waszyngton i 22 stany przybrzeżne USA, położone wzdłuż Oceanu Spokojnego, Zatoki Meksykańskiej i Oceanu Atlantyckiego.

Wyniki wykazały, że istnieje duże zróżnicowanie przestrzenne we względnym tempie podnoszenia się poziomu morza, co wpływa na potencjalny czas i zasięg przekraczania progów zalewania terenów przybrzeżnych. Wysokie tempo względnego wzrostu poziomu morza pozwala na wskazanie obszarów, które już toną lub mogą zacząć tonąć w ciągu najbliższych dekad, w tym duże obszary w delcie rzeki Mississippi, Greater Everglades, Chesapeake Bay, Teksasie, Georgii i Karolinie. Uzyskane wyniki wskazują obszary, na których należy podjąć działania w celu przygotowania się na zmiany transformacyjne wybrzeża.

4. Acceleration of phosphorus weathering under warm climates

Guo L., Xiong S., Mills B.J. et al. (2024). Acceleration of phosphorus weathering under warm climates. Sci. Adv. 10, eadm7773.

Kolejnym istotnym skutkiem ocieplenia klimatu jest wzrost żyzności wód powierzchniowych. Okazuje się, że nie tylko z powodu zwiększonego parowania i zmniejszenia ilości wody rozcieńczającej zanieczyszczenia, ale także w wyniku przyspieszonego uwalniania fosforu z podłoża geologicznego na drodze chemicznego wietrzenia. Globalny klimat odgrywa znaczącą rolę w kontrolowaniu szybkości przebiegania tego procesu. Na podstawie analizy danych dotyczących temperatury i zawartości fosforu w glebach powierzchniowych (0 do 30 cm) na całym świecie wykazano, że uwalnianie tego pierwiastka rzeczywiście wzrasta przy wysokich średnich rocznych temperaturach (z odchyleniem ~12°C).

Analizie poddano też szereg innych czynników, takich jak opady, odpływ, biom, litologia, wysokość bezwzględna i nachylenie terenu. Głównymi regulatorami mobilności fosforu okazały się czynniki klimatyczne (głównie temperatura), chociaż udział czynników pozaklimatycznych również był znaczny. Zwiększenie podaży składników odżywczych wraz z ociepleniem jest krytycznym elementem naturalnego termostatu Ziemi. Potencjalne przyspieszenie utraty fosforu z gleb w wyniku antropogenicznego ocieplenia klimatu może stanowić zagrożenie dla produkcji rolnej oraz dla ekosystemów lądowych i morskich i prawdopodobnie znacząco przyczyni się do nasilenia anoksji oceanów w niedalekiej przyszłości.

5. Underwater light source changes nitrogen and phosphorus removal pathways by Vallisneria spinulosa Yan growth system

Zhao J., Zhou X., Fan C. et al. (2024). Underwater light source changes nitrogen and phosphorus removal pathways by Vallisneria spinulosa Yan growth system. npj Clean Water 7, 59.

W dobie powszechnego deficytu wód dobrej jakości szczególnego znaczenia nabierają wszelkie sposoby oczyszczania, szczególnie te oparte na naturalnych rozwiązaniach. Jedną z metod jest wykorzystanie roślin wodnych o dużej zdolności oczyszczania. Ograniczeniem w jej stosowaniu jest wysoka zazwyczaj mętność zanieczyszczonych wód, która utrudnia kolonizację roślin i ogranicza efektywność ich działania. Chińscy naukowcy przeprowadzili badania nad możliwością zastosowania sztucznego światła podwodnego w celu zwiększenia efektywności kolonizacji i oczyszczania wód przez podwodną roślinę naczyniową z rodziny żabiściekowatych – Vallisneria spinulosa Yan.

Wprowadzenie podwodnego, sztucznego źródła światła zwiększyło zdolność reprodukcji klonalnej tego gatunku, a tym samym znacząco zwiększyło wielkość usuwanego ładunku azotu całkowitego, fosforu całkowitego i azotu azotanowego. Podwodne źródło światła znacząco ograniczyło liczebność drobnoustrojów na liściach V. spinulosa, a także zredukowało większość bakterii nitryfikacyjnych (Nitrosomonadaceae) i denitryfikacyjnych (Nitrospira, Comamonadaceae i Rhodocyclaceae) w systemie. Wzrósł natomiast udział niektórych sinic oraz bakterii fotosyntetyzujących.

Po około 2 miesiącach eksperymentu V. spinulosa osiągnęła wysokość umożliwiającą jej korzystanie z naturalnego światła, dzięki czemu jego sztuczne źródło można było usunąć, redukując koszty utrzymania instalacji. Wykorzystanie zasilania solarnego może znacząco obniżyć koszty metody, która okazała się efektywnym sposobem na stymulację wzrostu roślin podwodnych w warunkach silnego zacienienia.

6. Assessing the response of an urban stream ecosystem to salinization under different flow regimes

Pimentel I.M., Baikova D., Buchner D. et al., (2024). Assessing the response of an urban stream ecosystem to salinization under different flow regimes. Science of The Total Environment, 926, 171849.

Cieki miejskie są narażone na różnorodne oddziaływania antropogeniczne, ale zasolenie pozostaje kluczowym czynnikiem stresogennym. Przewiduje się, że zmiana klimatu przyczyni się do nasilenia tego problemu, co wynika m.in. ze zmian parametrów przepływu. Jednak wpływ zasolenia i prędkości przepływu na cieki miejskie są nadal słabo poznane, ponieważ eksperymenty uwzględniające wiele czynników stresogennych często przeprowadzane są na obszarach niezurbanizowanych. Zespół ekologów i hydrobiologów wód z Uniwersytetu Duisburg-Essen przeprowadził na niedawno zrenaturyzowanej rzece Boye, przepływającej przez silnie zurbanizowany obszar w zachodniej części Niemiec, eksperymenty typu mezokosm z zastosowaniem powtarzających się impulsów zasolenia (NaCl) wzdłuż gradientu (od 0 do 2,5 mS/cm) w powiązaniu z normalnymi i zmniejszonymi prędkościami przepływu (20 cm/s vs. 10 cm/s).

Na podstawie kompleksowej oceny kilku grup organizmów (makrobezkręgowce bentosowe, glony eukariotyczne, grzyby, pasożyty) i funkcji ekosystemu (produkcja pierwotna, rozkład materii organicznej) naukowcy wykazali, że zmniejszenie prędkości przepływu miało wszechobecny wpływ, powodując zmiany w społecznościach prawie wszystkich analizowanych organizmów (z wyjątkiem grzybów) i hamując rozkład materii organicznej. Zasolenie natomiast wpłynęło głównie na społeczności organizmów mobilnych, wzmagając migrację bezkręgowców poprzez dryf oraz ograniczając rozmnażanie grzybów.

Autorzy zastrzegają, że stosunkowo niewielki wpływ zasolenia wykazany w ich badaniu najprawdopodobniej wynika z długotrwałego oddziaływania tej presji na ekosystem (od ponad 30 lat), co umożliwiło adaptację organizmów. Niemniej jednak, aby zachować integralność ekosystemu i zapobiec pogarszaniu się jego stanu, w zarządzaniu strumieniami miejskimi należy priorytetowo traktować zapewnienie minimalnego przepływu wód słodkich poprzez ograniczenie poboru wody w połączeniu z przywróceniem i zachowaniem hydromorfologii. Kompleksowa analiza wielu grup organizmów pozwala ustalić progi zasolenia, których przekroczenie wymaga podjęcia środków łagodzących.