Используя данные с 1941 года, исследователи проанализировали более 45 000 профилей растворённого кислорода и температуры почти 400 озёр по всему миру. Большинство данных наблюдений собрано в умеренном поясе – от 23 до 66 градусов северной и южной широты. Единственным российским водоёмом, включённым в исследование, стало Можайское водохранилище, которое в течение многих десятилетий изучается сотрудниками географического факультета МГУ. Несмотря на свои небольшие размеры, это один из немногих российских водоёмов, где собраны многолетние данные о содержании растворённого кислорода, температуре и о других параметрах воды.
Учёные выяснили, что, начиная с 1980 года, уровень кислорода в водоёмах умеренной зоны снизился на 5,5% на поверхности и на 18,6% в придонном слое воды. При этом в большой группе водоёмов, в основном загрязнённых питательными веществами, уровень кислорода на поверхности повысился, когда температура воды превысила нижнюю границу активного развития токсичных цианобактерий. «Все процессы в водной среде зависят от кислорода. Это система поддержки водных пищевых сетей. И когда озеро начинает терять кислород, то это является одним из ключевых факторов исчезновения в нём различных видов, в том числе рыб. Озёра и водохранилища теряют кислород в 2,7-9,3 раза быстрее, чем океаны. Такое снижение будет иметь последствия для всей экосистемы водоёмов», — сказала к.г.н., научный сотрудник географического факультета МГУ и один из авторов статьи Оксана Ерина.
Помимо биоразнообразия, концентрация растворённого кислорода в водных экосистемах влияет на выбросы парниковых газов, динамику биогенных веществ и, в конечном итоге, на здоровье человека. Несмотря на то, что озёра и водохранилища составляют всего около трёх процентов поверхности суши Земли, в них сосредоточена непропорционально большая часть биоразнообразия планеты. Происходящие изменения могут негативно сказаться на состоянии пресноводных экосистем.
Снижение концентрации кислорода в поверхностных горизонтах в первую очередь связано с увеличением температуры воды, вызванным глобальными климатическими изменениями. Чем выше температура, тем меньше кислорода может раствориться в поверхностных слоях воды. Однако в некоторых водоёмах исследователи выявили одновременное повышение концентрации растворённого кислорода и рост температуры. Эти водные объекты, как правило, больше загрязнены биогенными веществами и имеют высокую концентрацию хлорофилла. Хороший прогрев и повышенное содержание питательных веществ способствуют усиленному размножению цианобактерий, фотосинтез которых вызывает перенасыщение поверхностных вод кислородом. Вместе с тем микроорганизмы выделяют токсины и снижают качество воды. В глубоководной зоне температура воды за многолетний период в основном стабильна. Здесь снижение концентрации кислорода связано с прогревом поверхностных вод и увеличением продолжительности теплового периода. Прогрев поверхностных вод в сочетании со стабильной температурой более глубоких слоев приводит к увеличению разницы в плотностях между этими слоями. Это усиливает такое явление, как стратификация, или расслоение водной толщи. Чем сильнее стратификация, тем меньше возможностей для перемешивания насыщенной кислородом воды поверхностных слоёв с придонными. Это приводит к истощению запасов кислорода в придонных слоях и формированию бескислородных зон и заморов рыб.
«Концентрация кислорода регулирует и многие другие характеристики качества воды. В бескислородных условиях начинают размножаться болезнетворные бактерии, в том числе те, которые производят парниковый газ метан. Это позволяет предположить, что в результате потери кислорода озёра выбрасывают в атмосферу повышенное количество метана. Кроме того, при отсутствии кислорода происходит выход фосфора из донных отложений, усиливая нагрузку на водоёмы, которые и так часто подвергаются многолетнему антропогенному загрязнению», — отметила Оксана Ерина.