湖の水に溶けている酸素の量は、生物多様性、湖の生化学的バランス、および飲料水の品質に影響を与えます。新しい研究は、1980年から2017年の間に淡水湖の酸素レベルが大幅に減少したことを示しています。研究者の観点からすると、この原因は主に気候変動にあります。地表の水が暖かくなればなるほど、水中に蓄えられる酸素が少なくなります。温度がより深い水層の温度から逸脱しすぎると、湖の混合も減少します。これは、より深い層への酸素の供給も減少することを意味します。これにより、その独特の生物多様性と気候と人間の健康に対する重要性により、敏感な湖の生態系が脅かされています。
淡水湖は地球の地表の約 3% を占めています。これらは主に閉鎖的な生態系を表しており、非常に高いレベルの生物多様性が含まれています。しかし、湖のほとんどの生き物は、水中に十分な酸素が溶けていることに依存しています。酸素は湖面の空気から吸収されます。水が冷たければ冷たいほど、その酸素容量は高くなります。さらに、水生植物、単細胞藻類、シアノバクテリアは光合成によって酸素を生成します。湖の水の循環により、酸素が表面から深部まで分配されます。そこでは主に動物や植物の死んだ部分の分解に使用されます。湖の栄養分が豊富であればあるほど、より多くの酸素が必要になります。酸素が不足すると生態系のバランスが崩れます。
表層水と深層水が影響を受ける
ニューヨークのレンセラー工科大学のスティーブン・ジェーン率いるチームは今回、温帯気候帯にあるほぼ400の淡水湖で、過去数十年間に酸素含有量がどのように変化したかを調査した。これを行うために、彼らは 1941 年から 2017 年の間に収集された温度と酸素含有量に関する 45,000 以上のデータポイントを評価しました。 「溶存酸素の減少が表層および深海の生息地で広範囲に及んでいることがわかった」と著者らは書いている。特に 1980 年以降、調査された湖の酸素含有量は大幅に減少し、表面では平均 5.5 パーセント、深層水では 18.6 パーセント減少しました。
地表水の場合、原因は単純な物理的影響にあるとジェーンの同僚ケビン・ローズは説明します。「酸素飽和度、つまり水が吸収できる酸素の量は、温度が上昇すると減少します。これはよく知られた物理的関係であり、私たちが観察している表面酸素の傾向のほとんどを説明しています。しかし、深層水では、研究期間を通じて温度はほとんど変化しませんでした。」したがって、ここでは酸素の貯蔵能力は同じままです。しかし、表層水との温度差が大きくなることで、別の問題が発生します。温水は冷水よりも密度が低いため、表面に留まり、湖内の循環が停滞します。 「成層の増加により、大気からの新しい酸素が深層水層に移動する混合プロセスがより困難かつまれになり、その結果、深部の溶存酸素が減少します」とローズ氏は言います。
より有害な藻類が発生する
水の酸素レベルに対する表面温度の強い影響にもかかわらず、研究者らは一部の湖では逆の影響も発見した。「湖の大部分で水温と溶存酸素濃度の両方の上昇が見られた」と研究者らは報告している。これは、農業からの流入により栄養塩で重度に汚染された湖に特に当てはまります。 「これらの湖で溶存酸素の増加が見られるという事実は、藻類の増殖が広範囲で増加していることを示している可能性があります。その一部は毒素を生成し有害です」とローズ氏は言う。研究者らは各湖に存在する種に関するデータを持っていないため、この問題について明確な発言はできません。 「しかし、私たちが知る限り、このパターンを説明できるものは他にありません」とローズ氏は言います。
研究者の観点からすると、彼らが文書化した進展は警告信号です。 「湖は周囲の地形や大気からの信号に反応するため、環境の変化と環境に対する潜在的な脅威を示します。 「私たちは、これらの不釣り合いに生物多様性の高いシステムが急速に変化していることを発見しました。これは、進行中の大気の変化がすでに生態系にどの程度の影響を与えているかを示唆しています」とジェーンは言います。
微妙なバランスが脅かされる
酸素濃度は生物多様性にとって重要であるだけでなく、水質の他の多くの特性も制御します。酸素レベルが低下すると、強力な温室効果ガスであるメタンを生成する細菌など、酸素欠乏環境で繁殖する細菌が増殖し始めます。これは、酸素の損失の結果、湖が大気中に大量のメタンを放出している可能性があることを示唆しています。さらに、低酸素条件下では、湖の底の堆積物からより多くのリンが放出され、すでに過剰供給されている水に追加の栄養素が負荷されます。
「進行中の研究により、世界の海洋の酸素レベルが急速に減少していることがわかっています。 「この研究は、この問題が淡水ではさらに深刻であり、私たちの飲料水の供給と、複雑な淡水生態系の繁栄を可能にする微妙なバランスを脅かしていることを証明しています」とジェーンの同僚のカート・ブレネマンは言う。 「この発見により、進行中の気候変動の悪影響に対処する取り組みがさらに緊急性を増すことを願っています。」
出典: Stephen Jane (Rensselaer Polytechnic Institute、ニューヨーク) 他、Nature、 doi: 10.1038/s41586-021-03550-y
