Sexton år av fjärranalysdata visar att i jordens största sötvattensjöar, klimatförändringar påverkar kolfixeringstrender.

NASA-finansierad forskning om de 11 största sötvattensjöarna i världen kopplade fält- och satellitobservationer för att ge en ny förståelse av hur stora vattendrag binder kol, samt hur ett föränderligt klimat och sjöar samspelar.

Forskare vid Michigan Tech Research Institute (MTRI) studerade de fem Laurentian Great Lakes som gränsar till USA och Kanada; de tre afrikanska stora sjöarna, Tanganyika, Victoria och Malawi; Bajkalsjön i Ryssland; och Great Bear och Great Slave sjöar i Kanada.

Dessa 11 sjöar rymmer mer än 50 % av ytans sötvatten som miljontals människor och otaliga andra varelser är beroende av, understryker vikten av att förstå hur de förändras av klimatförändringar och andra faktorer.

De två kanadensiska sjöarna och Tanganyikasjön såg de största förändringarna i primär produktivitet – algertillväxten i en vattenkropp. Produktivitetsfluktuationer pekar på stora förändringar i sjöarnas ekosystem.

"Basen i näringskedjan i dessa sjöar är algproduktiviteten. Dessa sjöar är oceaniska i storlek, och samarbetar med växtplankton – små alger, " sa medförfattaren Gary Fahnenstiel, en stipendiat vid MTRI och nyligen pensionerad senior forskare för NOAA:s Great Lakes Environmental Research Laboratory. "Vi mätte kolfixeringshastigheten, vilket är den hastighet med vilken algerna fotosyntetiseras i dessa sjöar. När den kursen ändras, vare sig de ökar eller minskar, det betyder att hela sjön förändras, som har konsekvenser hela vägen upp i näringskedjan, från djurplankton till fisken."

Många faktorer påverkar dessa sjöar. Klimatförändring, ökande näringsämnen (eutrofiering) och invasiva arter kombineras för att orsaka systemomfattande förändringar – vilket gör det svårt att lokalisera specifika orsaker, särskilt från marken med begränsade observationer på plats.

Räknar växtplankton med färg

Men satellitbilder har gjort det lättare att sortera bruset och ger insikter över tid och rum. Michael Sayers, MTRI forskare och studiehuvudförfattare, använder fjärranalys av havsfärger – dra slutsatser om typ och mängd av växtplankton baserat på vattnets färg – för att spåra sötvattens växtplanktondynamik.

"Vi har förlitat oss på NASA-tillgångar - MODIS-satelliten, som har flugit sedan 2002, där vi tillämpar algoritmen och modellen som vi har utvecklat på MTRI i ett decennium, " Sayers sa. "När vi börjar räkna antalet pixlar som observationer globalt för 11 sjöar under 16 år, det är verkligen ganska anmärkningsvärt." Pixel observerade per sjönummer "i miljoner, " han lade till.

En av de mest anmärkningsvärda aspekterna av resultaten är hur snabba förändringar i dessa sötvattensjöar har skett - en märkbar mängd på mindre än 20 år. Forskningen bidrar till NASA:s Carbon Monitoring Systems mål att bestämma hur mycket sötvattensjöar bidrar till den globala kolcykeln.

"Tre av de största sjöarna i världen uppvisar stora förändringar relaterade till klimatförändringar, med en förändring på 20-25 % av den totala biologiska produktiviteten under bara de senaste 16 åren, sa Fahnenstiel.

Mer än alger

Under de 16 åren av data, Great Bear och Great Slave sjöar i norra Kanada såg de största ökningarna i produktivitet, medan Tanganyikasjön i sydöstra Afrika har sett minskningar. Trenderna är kopplade till ökade vattentemperaturer, samt solinstrålning och minskad vindhastighet.

Sayers sa när man tittade på produktivitet, alger överflöd, vatten klarhet, vattentemperatur, solstrålning och vindhastigheter vid sötvattensjöar ger en rikare bild av det övergripande ekosystemet.

"Temperatur och solstrålning är faktorer för klimatförändringar, " Sayers sa. "Ändringar av klorofyll och vattengenomskinlighet orsakas inte nödvändigtvis av klimatförändringar, men kan orsakas av eutrofiering eller invasiva arter, som quagga musslor."

Forskarna använde sjömätningar som utförts av Great Lakes Research Centers forskningsfartygsflotta för att markera satellitobservationerna och för att ge input för modelluppskattningar.

Artikeln "Carbon Fixation Trends in Eleven of the World's Largest Lakes:2003–2018" publiceras i tidskriften Vatten . Forskarna planerar att fortsätta sin forskning, att tillämpa vad de har lärt sig hittills på den roll som skadliga algblomningar har på kolflödet till atmosfären.

Som man brukar säga, vatten är liv. Det är viktigt för de samhällen som bor vid sjöstränderna att få en bättre förståelse för hur förändringar i sjöars produktivitet påverkar de vattenmassor som så många människor litar på. Det är också viktigt för det globala samhället när vi går djupare in i sötvattensjöarnas roll i den globala kolcykeln och klimatförändringarna.