En ny studie har visat hur klimatförändringar kan påverka ekosystemen på planetens största sjöar genom att avslöja olika nivåer vid vilka deras vattenlager blandas samman under årstiderna. När klimatet är varmt, förändringar av denna process under vintermånaderna kan påverka syrehalten och andra vitala naturliga miljösystem.

Blandning, orsakad av naturlig turbulens av djupt vattenförekomster, styr rörelsen av värme, syre, näringsämnen och föroreningar mellan olika lager och spelar därför en stor roll i utformningen av hur ekosystemen anpassar sig till miljökrafterna. I sjöar och andra inre vattenkroppar, där tidvattenströmmar är svaga, den energi som krävs för blandning levereras genom vind som blåser på ytan, som ger ström i vattenkroppen.

För denna nya studie, ett internationellt studieteam använde den 100 kvadratmeter stora forskningsplattformen LéXPLORE, flyter i Genèvesjön, att kontinuerligt mäta vindhastighet, sjöströmhastigheter och temperatur, i vattenkroppens inre och nära sedimentet, under en hel säsongscykel.

Resultaten, publicera tidningen Naturkommunikation Jord &miljö , visade att energibanorna styrs av säsongsmässighet men förändringar i vindens intensitet och olika täthetslager i vattnet. I sommar, blandningen är svagare och begränsad till vattenkroppens inre; detta är resultatet av lättare vindar och stabiliteten som orsakas av värme från solen som behåller vindenergin i de övre vattenlagren.

Under den blåsigare vintersäsongen, blandningen var tre gånger starkare och det mesta ägde rum i de nedre gränslagren över sjöns sediment.

Studien leddes av Dr. Bieito Fernández Castro, en forskare vid University of Southampton som påbörjade studien medan han arbetade på École Polytechnique Fédérale de Lausanne, Schweiz.

Dr Fernández Castro sa:"Inre sötvattenförekomster som sjöar är en viktig resurs för samhällen som lever runt dem; de kan ge dricksvatten, mat, generera energi och erbjuda fritidsmöjligheter. Men denna nära interaktion innebär också att de möter hot från mänskliga faktorer som klimatuppvärmning. "

Tidigare studier om blandning i sjöar har mött tekniska och operativa utmaningar med att mäta turbulens i fältet med tillräcklig tidsmässig täckning och upplösning. Detta är därför den första detta är första gången som sådan variation har registrerats, avslöjar risken för den naturliga blandningsprocessen med stigande globala temperaturer.

"Detta arbete illustrerar vikten av att övervaka sjöströmmar och turbulens under lång tid för att förstå deras reaktion på klimatförändringar. Våra resultat visar att varmare klimat under vintermånaderna starkt kan påverka mönstren för turbulent blandning, särskilt i de lägsta skikten. Detta kan i sin tur ha en signifikant effekt på sjöns syrehalt, resuspension av sediment - där partiklar på bädden omfördelas i sjöns vattenlager - och andra vitala miljöprocesser, "Dr Fernández Castro avslutade.

Teamet rekommenderar också att många frågor är öppna för vidare forskning, särskilt kring variationen i denna process nära stränderna jämfört med öppet vatten och på reaktionen av nära ytblandning till stark, episodiska vindhändelser.