Wykazano, że zmiany w dopływie wody słodkiej, wywołane zmianami klimatu, wpływają na strukturę i funkcjonowanie ekosystemów przybrzeżnych. Oceniliśmy zmiany wpływu odpływu rzecznego na systemy przybrzeżne północno-zachodniej Patagonii (NWP) w ostatnich dekadach (1993–2021) poprzez połączoną analizę długoterminowych szeregów czasowych przepływów, symulacji hydrologicznych, danych satelitarnych i reanalizy danych dotyczących warunków powierzchniowych morza (temperatury, mętności i zasolenia). Znaczne spadki minimalnego przepływu wody w strefie obejmującej sześć głównych dorzeczy były widoczne w skali tygodniowej, miesięcznej i sezonowej. Zmiany te były najbardziej widoczne w północnych basenach o mieszanym reżimie wód (np. rzeka Puelo), ale wydają się postępować w kierunku południowym, w kierunku rzek charakteryzujących się reżimem niwalnym. W sąsiednim, dwuwarstwowym morzu wewnętrznym, zmniejszony dopływ wody słodkiej odpowiada płytszej haloklinie i wzrostowi temperatury powierzchni w północnej Patagonii. Nasze wyniki podkreślają szybko ewoluujący wpływ rzek na przyległe wody estuariów i wód przybrzeżnych w NWP. Podkreślamy potrzebę międzyekosystemowej obserwacji, prognozowania, łagodzenia i adaptacji do zmieniającego się klimatu, wraz z odpowiednim adaptacyjnym zarządzaniem systemami dorzeczy, które dostarczają spływ do przybrzeżnych wód morskich.
Rzeki są głównym źródłem dopływu kontynentalnej wody słodkiej do oceanów1. W półzamkniętych systemach przybrzeżnych rzeki są istotnym czynnikiem napędzającym procesy cyrkulacji2 i mostem między ekosystemami lądowymi i morskimi, transportując składniki odżywcze, materię organiczną i osady, które uzupełniają te z przybrzeżnych i otwartych oceanów3. Ostatnie badania wykazały zmiany w objętości i czasie dopływu wody słodkiej do oceanów przybrzeżnych4. Analizy szeregów czasowych i modeli hydrologicznych pokazują różne wzorce czasoprzestrzenne5, na przykład od silnych wzrostów zrzutów wody słodkiej na wysokich szerokościach geograficznych6 – z powodu wzmożonego topnienia lodu – po trendy spadkowe na średnich szerokościach geograficznych z powodu nasilenia się suszy hydrologicznej7. Niezależnie od kierunku i skali ostatnio raportowanych trendów, zmiana klimatu została uznana za główny czynnik wpływający na zmiany reżimów hydrologicznych8, podczas gdy wpływ na wody przybrzeżne i podtrzymywane przez nie ekosystemy nie został jeszcze w pełni oceniony i zrozumiany9. Czasowe zmiany przepływu wody, uwarunkowane zmianami klimatu (zmieniającymi się wzorcami opadów i rosnącymi temperaturami) oraz presją antropogeniczną, taką jak zapory lub zbiorniki hydroelektryczne10,11, przekierowywanie nawadniania i zmiany w użytkowaniu gruntów12, stanowią wyzwanie dla analizy trendów w dopływie wody słodkiej13,14. Na przykład, kilka badań wykazało, że obszary o dużej różnorodności lasów wykazują większą odporność ekosystemów na susze niż obszary zdominowane przez plantacje leśne lub rolnictwo15,16. Na średnich szerokościach geograficznych zrozumienie przyszłego wpływu zmian klimatu na oceany przybrzeżne poprzez rozdzielenie skutków zmian klimatu i lokalnych zaburzeń antropogenicznych wymaga obserwacji z układów odniesienia o ograniczonej zmienności, tak aby zmiany w reżimie hydrologicznym można było oddzielić od lokalnych zaburzeń antropogenicznych.
Zachodnia Patagonia (> 41°S na wybrzeżu Pacyfiku w Ameryce Południowej) jawi się jako jeden z tych dobrze zachowanych regionów, gdzie ciągłe badania są niezbędne do monitorowania i ochrony tych ekosystemów. W tym regionie swobodnie płynące rzeki oddziałują ze złożoną geomorfologią wybrzeża, tworząc jedno z najrozleglejszych makroestuariów na świecie17,18. Ze względu na swoje oddalenie, dorzecza Patagonii pozostają w wyjątkowo nienaruszonym stanie, z dużym pokryciem lasami rodzimymi19, niską gęstością zaludnienia i generalnie bez tam, zbiorników wodnych i infrastruktury irygacyjnej. Wrażliwość tych ekosystemów przybrzeżnych na zmiany środowiskowe zależy głównie, co za tym idzie, od ich interakcji ze źródłami słodkiej wody. Dopływy słodkiej wody do wód przybrzeżnych północno-zachodniej Patagonii (NWP; 41–46°S), w tym bezpośrednie opady i spływ rzeczny, oddziałują z oceanicznymi masami wody, zwłaszcza z wysoce zasolonymi wodami subantarktycznymi (SAAW). To z kolei wpływa na wzorce cyrkulacji, odnowy wody i wentylacji20 poprzez generowanie silnych gradientów zasolenia, z wysokim stopniem sezonowej zmienności i przestrzennej heterogeniczności halokliny21. Interakcja między tymi dwoma źródłami wody wpływa również na skład zbiorowisk planktonicznych22, wpływa na osłabianie światła23 i prowadzi do rozcieńczenia stężeń azotu i fosforu w SAAW24 oraz zwiększonego zaopatrzenia w ortokrzemiany w warstwie powierzchniowej25,26. Ponadto dopływ słodkiej wody powoduje silny pionowy gradient tlenu rozpuszczonego (DO) w tych wodach estuariów, przy czym górna warstwa generalnie wykazuje wysokie stężenie DO (6–8 ml L−1)27.
Stosunkowo ograniczona interwencja charakteryzująca baseny kontynentalne Patagonii kontrastuje z intensywnym użytkowaniem linii brzegowej, zwłaszcza przez akwakulturę, kluczowy sektor gospodarki Chile. Chile, obecnie plasujące się w czołówce światowych producentów akwakultury, jest drugim co do wielkości eksporterem łososia i pstrąga oraz największym eksporterem małży28. Hodowla łososia i małży, która obecnie zajmuje ok. 2300 koncesji o łącznej powierzchni ok. 24 000 ha w regionie, generuje znaczną wartość ekonomiczną w południowym Chile29. Rozwój ten nie jest pozbawiony wpływu na środowisko, zwłaszcza w przypadku hodowli łososia, która dostarcza egzogenne składniki odżywcze do tych ekosystemów30. Wykazano również, że jest ona wysoce wrażliwa na zmiany klimatyczne31,32.
W ostatnich dekadach badania prowadzone w NWP wykazały spadek dopływu wody słodkiej33 i prognozowały spadek przepływu wody w okresie letnim i jesiennym34, a także wydłużenie okresów suszy hydrologicznej35. Te zmiany dopływu wody słodkiej wpływają na bezpośrednie parametry środowiskowe i mają kaskadowy wpływ na szerszą dynamikę ekosystemów. Na przykład, ekstremalne warunki w przybrzeżnych wodach powierzchniowych podczas susz letnich i jesiennych stały się częstsze, a w niektórych przypadkach wpłynęły na przemysł akwakultury poprzez niedotlenienie36, wzrost pasożytnictwa i szkodliwe zakwity glonów32,37,38 (HAB).
W ostatnich dekadach badania prowadzone w NWP wykazały spadek dopływu wody słodkiej33 i prognozowały spadek przepływu wody w okresie letnim i jesiennym34, a także wydłużenie okresów suszy hydrologicznej35. Te zmiany dopływu wody słodkiej wpływają na bezpośrednie parametry środowiskowe i mają kaskadowy wpływ na szerszą dynamikę ekosystemów. Na przykład, ekstremalne warunki w przybrzeżnych wodach powierzchniowych podczas susz letnich i jesiennych stały się częstsze, a w niektórych przypadkach wpłynęły na przemysł akwakultury poprzez niedotlenienie36, wzrost pasożytnictwa i szkodliwe zakwity glonów32,37,38 (HAB).
Obecna wiedza na temat spadku dopływu wody słodkiej w całym NWP opiera się na analizie wskaźników hydrologicznych39, które opisują statystyczne lub dynamiczne właściwości serii danych hydrologicznych pochodzących z ograniczonej liczby długoterminowych danych i minimalnego zasięgu przestrzennego. Jeśli chodzi o odpowiednie warunki hydrograficzne w wodach estuariów NWP lub przyległych oceanach przybrzeżnych, brak jest dostępnych długoterminowych danych in-situ. Biorąc pod uwagę wrażliwość działalności społeczno-gospodarczej na wybrzeżu na skutki zmian klimatu, przyjęcie kompleksowego podejścia do zarządzania i adaptacji do zmian klimatu, opartego na relacji ląd-morze, jest konieczne40. Aby sprostać temu wyzwaniu, zintegrowaliśmy modelowanie hydrologiczne (1990–2020) z danymi satelitarnymi i danymi z reanalizy dotyczącymi warunków powierzchni morza (1993–2020). Podejście to ma dwa główne cele: (1) ocenę historycznych trendów w parametrach hydrologicznych w skali regionalnej oraz (2) zbadanie wpływu tych zmian na przyległy system przybrzeżny, w szczególności w odniesieniu do zasolenia powierzchni morza, temperatury i mętności.
Możemy dostarczyć różne rodzaje inteligentnych czujników do monitorowania hydrologii i jakości wody. Zapraszamy do konsultacji.
Czas publikacji: 18.09.2024