Boreala sjöar spelar en viktig roll i den globala kolcykeln. Små och grunda sjöar finns det gott om i norra områden, och de är ofta biologiskt aktiva på grund av laddning av organiskt material från upptagningsområdena. När mikrober bryter ner organiskt material som har ackumulerats i vattenspelaren och i bottensedimenten, vattenkolonnens koldioxidkoncentration överstiger mättnadsnivån i många sjöar, och en del av koldioxiden släpps ut i atmosfären.

I sin avhandling vid Jyväskylä universitet, Civilingenjör Petri Kiuru studerade kolcykling i sjöar med hjälp av en processbaserad modell som beskriver den tidsmässiga utvecklingen av temperaturfördelning och vattenkvalitet i en sjö. Studien var särskilt inriktad på koldioxidutbyte mellan sjövattenspelaren och atmosfären. Ett annat syfte med studien var att bedöma klimatförändringarnas inverkan på koldynamiken i boreala sjöar.

På grund av klimatförändringar orsakade ökningar av lufttemperatur och årlig nederbörd, boreala sjöar värms upp och mängden extern belastning av organiskt material till sjöarna kan öka. Studieresultaten indikerade att dessa faktorer också kan öka sjöns koldioxidhalter och öka utsläppet av koldioxid till atmosfären. Dessa ökningar bör också beaktas vid uppskattningen av framtida förändringar i global koldioxidcykling.

I studien, Kiuru använde också modellsimuleringar för att bedöma effekterna av förbättrade uppskattningar av luft-vatten-koldioxidutbyte på bestämningen av kolbudgetarna för boreala sjöar. Kontinuerliga koldioxidflödesmätningar som har utförts med nya, avancerade metoder har visat att utbytet av koldioxid mellan sjövattenspelaren och atmosfären sker snabbare än tidigare beräknat. Därav, även omfattningen av koldioxidproduktion i sjöar och mängden extern koldioxidbelastning, inklusive lastning genom grundvatten, bör bedömas närmare.

Processbaserade modeller är viktiga verktyg för att illustrera och studera de komplexa dynamiska processerna i en sjö. De gör det möjligt för forskare att bygga en omfattande beskrivning av en sjö och att studera samspelet mellan olika komponenter i sjösystemet, såsom isskydd; hydrodynamik; termisk, kemisk, och biologiska förhållanden; och upptagningsladdning. Den vertikala sjömodellen som utvecklades och tillämpades i studien kan användas ytterligare i sötvattenekosystemforskning. Modellverktyget kan tillämpas för att beskriva kolcykling i olika sjöar både under nuvarande och framtida förhållanden, särskilt tillsammans med modeller som simulerar hydrologiska och biokemiska processer i sjöupptagningar och ämnesbelastning från upptagningsområdena.