En EPFL -studie har fått forskare att tänka om en standardmetod som används för att beräkna hastigheten på gasutbyte mellan bergströmmar och atmosfären. Forskning som utförts i strömmar i Vaud och Valais indikerar att ekvationer som används för att förutsäga gasutbyte baserat på data från låglandsströmmar underskrider den faktiska gasutbyteshastigheten i bergströmmar i genomsnitt med en faktor 100.

Denna upptäckt, publicerad i Naturgeovetenskap , kommer att göra det möjligt för forskare att utveckla mer exakta modeller av den roll som bergströmmar spelar i globala biogeokemiska flöden. Med tanke på att mer än 30% av jordens yta är täckt av berg, konsekvenserna av denna upptäckt är betydande.

Studien genomfördes vid EPFL:s Stream Biofilm and Ecosystem Research Laboratory (SBER), inom Arkitekturskolan, Civil- och miljöteknik (ENAC).

Mer turbulens

I vattenlevande ekosystem, som världens hav, bäckar och sjöar, många vattenlevande organismer som sträcker sig från bakterier till fiskar andas syre och andas ut CO ₂ . Dessa gaser måste därför kontinuerligt "utbytas" från atmosfären till vattnet och vice versa. Eftersom bergströmmar ofta flyter över branta droppar och ojämn terräng, detta skapar mycket turbulens och fångar luftbubblor i vattnet, som verkar vita (aka "vitt vatten").

Dessa bubblor påskyndar gasutbytet. Slående, samma mekanism fungerar när vita takvågor dyker upp på ytan av grovt hav. Tills nu, forskare har ignorerat bidraget från luftbubblor och har använt samma tillvägagångssätt för att beräkna gasutbyteshastigheter i bergströmmar än i lugna låglandsströmmar.

Mer exakta beräkningar

Det är intuitivt att den robusta terrängen skulle påverka gasutbytet i bergsströmmar, men inga bevis hade samlats in för att testa denna hypotes förrän 2016. Det var då EPFL -forskare installerade mer än 130 miljösensorer i bergsströmmar i Vaud och Valais för att studera detta fysiska fenomen och relaterade biogeokemiska flöden. För att mäta gasutbyteshastigheten så exakt som möjligt, en av SBER -forskarna och första författaren till studien, Amber Ulset, tillsatte små mängder argon som spårgas till strömmarna. Argon är en naturligt förekommande gas som är ofarlig för vattenlevande ekosystem.

Genom att använda avancerade analysmetoder i laboratoriet, Amber Ulseth och kollegor kunde kvantifiera förlust av argon från flodvattnet. Nästa, de modellerade gasutbyteshastigheten från nedströms förlust av spårgas i strömvattnet. Deras resultat visar att gasutbyteshastigheten i bergsströmmar i genomsnitt är 100 gånger högre än vad som förutses från ekvationer som utvecklats från liknande spårgasförsök i låglandsströmmar.

Stora konsekvenser

"Våra fynd har stora konsekvenser. De tyder på att vi har underskattat effekterna av alla små men rikliga bergströmmar i våra biogeokemiska modeller. Detta öppnar en ny forskningsväg, "säger Tom Battin, Direktör för SBER och medförfattare till studien. Hans laboratorium undersöker redan förlängningar av denna forskning, som att utveckla en ny modell för att förutsäga CO ₂ utsläpp från bergströmmar över hela världen.