Flüsse erwärmen sich und verlieren schneller Sauerstoff als Ozeane, heißt es in einer im Journal veröffentlichten Studie der Penn State University Natur Klimawandel. Die Studie zeigt, dass es bei fast 800 Flüssen bei 87 % zu einer Erwärmung und bei 70 % zu einem Sauerstoffverlust kam.
Die Studie prognostiziert auch, dass es in den nächsten 70 Jahren in Flusssystemen, insbesondere im Süden der USA, wahrscheinlich zu Perioden mit so niedrigem Sauerstoffgehalt kommen wird, dass die Flüsse für bestimmte Fischarten „zum akuten Tod“ führen und die aquatische Vielfalt gefährden könnten groß.
„Das ist ein Weckruf“, sagte Li Li, Isett-Professor für Bau- und Umweltingenieurwesen an der Penn State University und korrespondierender Autor des Papiers.
„Wir wissen, dass ein sich erwärmendes Klima zu einer Erwärmung und einem Sauerstoffverlust in den Ozeanen geführt hat, hatten aber nicht damit gerechnet, dass dies in fließenden, flachen Flüssen passieren würde. Dies ist die erste Studie, die einen umfassenden Blick auf Temperaturänderungen und Sauerstoffentzugsraten in Flüssen wirft – und.“ Was wir herausgefunden haben, hat erhebliche Auswirkungen auf die Wasserqualität und die Gesundheit aquatischer Ökosysteme weltweit.“
Das internationale Forschungsteam nutzte künstliche Intelligenz und Deep-Learning-Ansätze, um Daten zur historisch geringen Wasserqualität von fast 800 Flüssen in den USA und Mitteleuropa zu rekonstruieren.
Sie fanden heraus, dass sich Flüsse schneller erwärmen und Sauerstoff entziehen als Ozeane, was schwerwiegende Auswirkungen auf das Leben im Wasser – und auf das Leben der Menschen – haben könnte. Die National Oceanic and Atmospheric Administration schätzt, dass die meisten Amerikaner im Umkreis von einer Meile von einem Fluss oder Bach leben.
„Die Temperatur des Flusswassers und der Gehalt an gelöstem Sauerstoff sind wesentliche Maßstäbe für die Wasserqualität und die Gesundheit des Ökosystems“, sagte Wei Zhi, Assistenzprofessor am Department of Civil and Environmental Engineering der Penn State und Hauptautor der Studie.
„Dennoch sind sie nur unzureichend verstanden, da sie schwer zu quantifizieren sind, da konsistente Daten über verschiedene Flüsse fehlen und unzählige Variablen beteiligt sind, die den Sauerstoffgehalt in jedem Wassereinzugsgebiet verändern können.“
Das Forschungsteam habe neuartige Deep-Learning-Ansätze entwickelt, um konsistente Daten zu rekonstruieren und einen systematischen Vergleich über verschiedene Flüsse hinweg zu ermöglichen, erklärte er.
„Wenn man darüber nachdenkt, hängt das Leben im Wasser von der Temperatur und gelöstem Sauerstoff ab, der Lebensader aller Wasserorganismen“, sagte Li, der auch dem Penn State Institute of Energy and the Environment angehört. „Wir wissen, dass es in Küstengebieten wie dem Golf von Mexiko im Sommer oft tote Zonen gibt. Diese Studie zeigt uns, dass dies auch in Flüssen passieren könnte, da in einigen Flüssen nicht mehr wie zuvor Leben möglich ist.“
Sie fügte hinzu, dass der Sauerstoffmangel in Flüssen auch den Ausstoß von Treibhausgasen begünstige und zur Freisetzung giftiger Metalle führe.
Um ihre Analyse durchzuführen, trainierten die Forscher ein Computermodell anhand einer Vielzahl von Daten – von jährlichen Niederschlagsraten über die Bodenart bis hin zum Sonnenlicht – für 580 Flüsse in den Vereinigten Staaten und 216 Flüsse in Mitteleuropa. Das Modell ergab, dass 87 % der Flüsse in den letzten vier Jahrzehnten wärmer geworden sind und 70 % Sauerstoff verloren haben.
Die Studie ergab, dass städtische Flüsse die schnellste Erwärmung zeigten, während landwirtschaftliche Flüsse die langsamste Erwärmung, aber den schnellsten Sauerstoffverlust erlebten. Sie nutzten das Modell auch zur Vorhersage zukünftiger Raten und stellten fest, dass die zukünftigen Desoxygenierungsraten in allen von ihnen untersuchten Flüssen zwischen 1,6 und 2,5 Mal höher waren als die historischen Raten.
„Der Sauerstoffverlust in Flüssen ist unerwartet, weil wir normalerweise davon ausgehen, dass Flüsse nicht so viel Sauerstoff verlieren wie in großen Gewässern wie Seen und Ozeanen, aber wir haben festgestellt, dass Flüsse schnell Sauerstoff verlieren“, sagte Li. „Das war wirklich alarmierend, denn wenn der Sauerstoffgehalt ausreichend niedrig wird, wird es gefährlich für Wasserlebewesen.“
Das Modell prognostizierte, dass innerhalb der nächsten 70 Jahre bestimmte Fischarten aufgrund längerer Perioden mit niedrigem Sauerstoffgehalt vollständig aussterben könnten, was laut Li die aquatische Vielfalt im Großen und Ganzen gefährden würde.
„Flüsse sind für das Überleben vieler Arten, einschließlich unserer eigenen, unerlässlich, aber sie wurden in der Vergangenheit als Mechanismus zum Verständnis unseres sich verändernden Klimas übersehen“, sagte Li. „Dies ist unser erster wirklicher Blick darauf, wie es den Flüssen auf der ganzen Welt geht – und es ist beunruhigend.“
Die anderen Autoren des Papiers sind Jiangtao Liu von der Penn State und Christoph Klingler von der Universität für Bodenkultur in Wien, Österreich.
Mehr Informationen:
Weitverbreiteter Sauerstoffmangel in sich erwärmenden Flüssen, Natur Klimawandel (2023). DOI: 10.1038/s41558-023-01793-3