Un círculo vicioso de pérdida de oxígeno amenaza la calidad del agua en los lagos

Un círculo vicioso de pérdida de oxígeno amenaza la calidad del agua en los lagos

Los científicos han confirmado recientemente que los lagos del mundo están perdiendo oxígeno rápidamente.

Con un estudio de ecosistema completo de siete años, un equipo de científicos de agua dulce en Virginia Tech ha sido uno de los primeros en dar el siguiente paso al preguntarse: ¿Qué significa para la calidad del agua que el oxígeno esté disminuyendo a nivel mundial?

Pegajosas con sedimentos, las aguas del fondo de los lagos son más que una capa más profunda y oscura. Entierran porciones masivas del carbono, nitrógeno y fósforo que se encuentran en la escorrentía que llega desde la tierra. Como uno de los sumideros de nutrientes críticos de la naturaleza, los lagos se ganan la reputación de ser “centinelas” de su entorno, dijo la científica de agua dulce Cayelan Carey.

“Pensamos en los lagos como centinelas porque realmente integran todos los cambios que ocurren en la tierra”, dijo Carey, profesor asociado de ciencias biológicas en el Virginia Tech College of Science y científico afiliado al Fralin Life Sciences Institute. “Los lagos hacen un gran trabajo al recibir y procesar todo este carbono, nitrógeno y fósforo, evitando que vayan río abajo y lleguen al océano”.

Pero ese trabajo podría ser desmantelado por la anoxia, la pérdida de disponibilidad de oxígeno, encontró el equipo de Carey en un estudio publicado el 25 de mayo de 2022 en la revista Global Change Biology. Temida por los científicos durante años y recientemente confirmada como extendida por datos de cientos de lagos, la anoxia está absorbiendo oxígeno de las aguas dulces del mundo.

Es un fenómeno ligado al calentamiento de las aguas provocado por el cambio climático y al exceso de escorrentía contaminante por el uso del suelo. El calentamiento de las aguas disminuye la capacidad del agua dulce para retener oxígeno, mientras que la descomposición de los nutrientes en la escorrentía por parte de los microbios de agua dulce engulle el oxígeno.

Cayelan Carey, profesora asistente de ciencias biológicas en la Facultad de Ciencias (en el centro) trabaja con los estudiantes graduados Jonathan Doubek (a la izquierda) y Ryan McClure para filtrar muestras de agua en el embalse de Falling Creek para analizar las concentraciones de hierro y manganeso.
Crédito: Tecnología de Virginia

En un experimento de campo de siete años que manipuló los niveles de oxígeno en las aguas del fondo de un embalse cercano, el equipo de Carey descubrió que con las condiciones anóxicas surgieron los efectos que esperaban: los sedimentos liberan una gran cantidad de nutrientes y carbono.

Pero no estaban tan preparados para la magnitud de los cambios. Observaron que el lago pasaba de ser un sumidero, que retiene más nutrientes y carbono de los que exporta, a una fuente de nutrientes aguas abajo, iniciando un ciclo en el que la anoxia en un lago podría engendrar anoxia en otro.

“No esperaba que hubiera tanto cambio en la química del agua”, dijo Carey. “Y verlo consistentemente y verlo durante los siete años del estudio: el efecto de la anoxia fue varios órdenes de magnitud mayor de lo que predije originalmente”.

Fusión de agua dulce y ciencia de datos

Esos descubrimientos se basó en el diseño del equipo de un experimento que fue novedoso en algunos aspectos.

Tenía que hacerse a escala de todo el ecosistema, no solo con muestras analizadas en un laboratorio o en pequeños recintos de las aguas del fondo de un lago, sino con acceso a todo el cuerpo de agua.

El equipo de Carey realizó un experimento de campo en el embalse Falling Creek en Vinton, Virginia, donde los miembros del equipo manipularon los niveles de oxígeno en las aguas del fondo del lago utilizando un sistema de oxigenación diseñado que podía extraer agua del fondo e inyectar oxígeno disuelto en concentraciones sobresaturadas en tierra. , y devolver el agua oxigenada al fondo sin alterar la temperatura del agua.

Manipular solo los niveles de oxígeno en las aguas del fondo, desentrañando así los efectos de los cambios de temperatura, es crucial para comprender el impacto de la anoxia, dijo Carey, miembro de la facultad Roger Moore y Mojdeh Khatam-Moore en la Facultad de Ciencias. “Al manipular el oxígeno sin alterar la temperatura, podemos comprender y aislar cuáles serán sus efectos. Realmente podemos decir que lo que estamos viendo es el resultado de un cambio de oxígeno y no debido a otros factores extraños que ocurren en el lago”.

Pero el análisis de los efectos de la anoxia no se limita a subir o bajar los niveles de oxígeno y monitorear la química del agua. Con un experimento de campo, siempre hay datos que necesita pero que no puede recopilar, dijo Carey.

Es difícil muestrear y medir “esas interacciones sedimentarias-agua” sin perturbarlas en el campo. También está el problema de la logística: Carey no pudo enviar a alguien a recopilar datos todos los días durante siete veranos.

Entonces, el equipo introdujo los datos que había recopilado en un modelo que Carey describe como un “videojuego de un lago”, que simulaba esas interacciones importantes pero complicadas. “Detrás del videojuego había un montón de ecuaciones que podíamos manipular para comprender qué procesos eran más importantes cuando el reservorio tenía niveles de oxígeno bajos versus altos”, dijo.

El modelo también permitió al equipo obtener datos cada hora. “Eso nos permitió ser capaces de comprender realmente qué tan rápido respondió el lago a los cambios en el oxígeno”, dijo Carey.

Un cambio de roles

Los investigadores observaron grandes cambios en las concentraciones de nutrientes liberados de las aguas del fondo con anoxia, incluido un aumento de seis veces en la exportación de nitrógeno.

Con el tiempo, el lago pasó de ser un sumidero neto de fósforo y carbono a una fuente neta de ambos nutrientes para los cuerpos de agua corriente abajo.

“Lo que vimos fue que el lago no pudo hacer su importante trabajo de servir como sumidero de carbono, nitrógeno y fósforo, como lo habría hecho si hubiera oxígeno allí”, dijo Carey. “Los cambios fueron realmente notables para los tres elementos individualmente, pero vimos que, en conjunto, la capacidad del lago para servir como sumidero realmente estaba cambiando”.

Todo ese carbono, nitrógeno y fósforo, una vez enterrados en el fondo, no solo se liberaron hacia la columna de agua, lo que potencialmente alimenta la proliferación de algas tóxicas, daña la vida silvestre de agua dulce y compromete los embalses como fuentes de agua potable, sino que los nutrientes se movieron río abajo. , explicó Carey.

Aquí radica el círculo vicioso de anoxia que engendra anoxia: a medida que más nutrientes llegan a otros lagos, ríos y arroyos, los microbios de cada cuerpo de agua consumirán más y más oxígeno para descomponerlos.

Carey cree que conocer la gravedad de este impacto debería impulsarnos a actuar sobre el uso de la tierra. “Nuestro estudio revela este mecanismo por el cual los lagos río arriba dañan a los lagos río abajo, y si esto sucede de manera generalizada, entonces básicamente tenemos que hacer todo lo posible para proteger a los lagos de recibir aún más fósforo, fertilizantes y sedimentos”, dijo. “Espero que podamos encender un fuego en la gente. Estos procesos están sucediendo y ni siquiera lo sabíamos”.

Referencia: “Anoxia decreases the magnitude of the carbon, nitrogen, and phosphorus sink in freshwater” by Cayelan C. Carey, Paul C. Hanson, R. Quinn Thomas, Alexandra B. Gerling, Alexandria G. Hounshell, Abigail S. L. Lewis, Mary E. Lofton, Ryan P. McClure, Heather L. Wander, Whitney M. Woelmer, B. R. Niederlehner and Madeline E. Schreiber, 25 May 202, Global Change Biology.
DOI: 10.1111/gcb.16228.


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