Jeziora są naturalnymi filtrami azotu. Ocieplenie zaburza ich sezonowy rytm i może zwiększać dopływ związków azotu do rzek oraz mórz. To bardzo zła wiadomość.
Jeziora nie są jedynie miejscem, gdzie spędzamy ciepłe, letnie dni na rowerku wodnym z napojem ochładzającym w ręku. Działają one tak naprawdę jak naturalne oczyszczalnie – wyłapują nadmiar azotu z wody, zanim ten zdąży spłynąć rzekami do mórz i narobić tam szkód. Okazuje się jednak, iż ocieplenie klimatu może tę cichą pracę osłabić. Dlaczego? Zmienia się po prostu sezonowy rytm mikroorganizmów ukrytych w osadach dennych – tych samych, które dotąd bez rozgłosu sprzątały to, co do jeziora trafiło.
Jeziora wykonują pracę, której na pierwszy rzut oka prawie nie widać
Gdy mówimy o czystości jezior, to najczęściej myślimy o sinicach, przejrzystości wody, śniętych rybach albo zakazach kąpieli. Rzadziej pamiętamy o tym, iż pod powierzchnią zachodzi ogromna liczba procesów chemicznych i biologicznych, które decydują o tym, czy cały ekosystem pozostaje w równowadze.
Jednym z najważniejszych z nich jest usuwanie nadmiaru azotu. On sam w sobie nie jest zły. To pierwiastek potrzebny roślinom, glonom i mikroorganizmom. Problem zaczyna się jednak wtedy, gdy do wód trafia go zbyt dużo, np. ze spływów rolniczych, ścieków, nawozów albo zanieczyszczeń związanych z działalnością człowieka. Wtedy jezioro dostaje za dużo składników odżywczych, a to może prowadzić do gwałtownego rozwoju glonów i sinic.
Tu do gry wchodzą mikroorganizmy żyjące w osadach dennych. Część z nich potrafi przekształcać związki azotu w azot cząsteczkowy, czyli N2. To gaz, który stanowi większość atmosfery i w tej formie zostaje skutecznie usunięty z obiegu biologicznego w wodzie. Proces ten nazywa się denitryfikacją. jeżeli jezioro dobrze usuwa azot, to działa jak filtr chroniący wody położone niżej w zlewni. jeżeli ten filtr słabnie, więcej azotu płynie dalej: do rzek, zbiorników, ujść i w końcu do mórz.
Właśnie tę niewidzialną funkcję jezior zbadał międzynarodowy zespół naukowców kierowany przez badaczy z Uniwersytetu w Bazylei oraz Eawag, szwajcarskiego instytutu zajmującego się naukami o wodzie. Autorzy pracy skupili się na jeziorze Baldegg, aby sprawdzić, kiedy i w jakich warunkach najskuteczniej usuwa ono nadmiar azotu.
Kluczowa okazała się tutaj zima
Latem jeziora bardzo często układają się warstwami. Ciepła woda pozostaje przy powierzchni, chłodniejsza opada niżej, a między nimi tworzy się strefa przejściowa. Taki układ nazywa się stratyfikacją. Można go porównać do niewidzialnych pięter w jeziorze, które utrudniają swobodną wymianę tlenu, składników odżywczych i materii organicznej między powierzchnią a dnem.
Zimą sytuacja ta się jednak zmienia. Woda może mieszać się głębiej, a w jeziorze łączą się warstwy, które latem były od siebie oddzielone. W przypadku jeziora Baldegg właśnie ten zimowy okres okazał się momentem szczególnie intensywnej denitryfikacji. Aktywność usuwania azotu była wtedy niemal 50 proc. wyższa niż podczas letniego uwarstwienia.
To bardzo zaskakujące, bo na pierwszy rzut oka może się wydawać, iż procesy biologiczne powinny najmocniej działać w cieplejszej części roku. Tymczasem w tym przypadku najważniejszy nie jest po prostu komfort temperaturowy mikroorganizmów, ale dostępność azotanów, materii organicznej i warunki panujące przy osadach. Jezioro ma własny sezonowy zegar, a jego zimowe mieszanie okazuje się dla oczyszczania wody czymś w rodzaju okresu największej wydajności.
Klimat po prostu skraca czas pracy naturalnego filtra
Główny problem polega tak naprawdę na tym, iż ocieplenie klimatu zmienia całą fizykę jezior. Cieplejsze warunki mogą wydłużać letnie uwarstwienie wody i skracać okres pełnego zimowego mieszania. To nie brzmi może jakoś bardzo dramatycznie, dopóki nie spojrzymy na chemiczne skutki tej zmiany.
W wariancie wysokich emisji okres zimowej cyrkulacji jeziora Baldegg mógłby ulec skróceniu o około 27 dni, co pozbawiłoby ekosystem blisko miesiąca najintensywniejszej aktywności denitryfikacyjnej. Modelowane skutki wskazują na spadek efektywności usuwania azotu o 8-13 procent w stosunku do warunków bazowych.
Na poziomie jednego jeziora taka liczba może wydawać się jeszcze umiarkowana. W skali wielu jezior, rzek i wybrzeży zaczyna mieć większe znaczenie. Jeziora są częścią sieci wodnej, a nie zamkniętymi akwarium. To, czego nie zatrzymają i nie przekształcą, płynie po prostu dalej.
Jeśli więcej związków azotu dociera do morza, to rośnie ryzyko zakwitów glonów i powstawania stref ubogich w tlen. Takie strefy, często nazywane martwymi, są miejscami, w których organizmom wodnym trudno przetrwać. Problem dotyczy zwłaszcza ekosystemów przybrzeżnych, gdzie rzeki dostarczają duże ilości składników odżywczych z całych zlewni.
Mikroorganizmy działają trochę jak niewidzialna załoga od zadań specjalnych
Najciekawszy fragment całego badania dotyczy tego, co dzieje się na samym dnie. Naukowcy nie poprzestali na ogólnym stwierdzeniu, iż jezioro usuwa azot. Zeszli głębiej i sprawdzili, jakie konkretnie mikroorganizmy tam pracują i jakie związki chemiczne napędzają ten proces.
W osadach znaleziono ślad swoistej współpracy mikrobiologicznej. Część bakterii rozkłada chitynę, czyli bardzo wytrzymały związek organiczny znany m.in. z pancerzyków skorupiaków, elementów ciał zooplanktonu czy pozostałości organizmów opadających na dno. Chityna jest trudna do rozkładu, ale dla wyspecjalizowanych mikroorganizmów może stać się źródłem energii i materii.
Produkty tego rozkładu mogą z kolei zasilać inne mikroorganizmy odpowiedzialne za denitryfikację. W uproszczeniu: jedne bakterie przygotowują paliwo, a inne wykorzystują je do przekształcania azotanów w azot cząsteczkowy. Jest to więc cały mikrobiologiczny łańcuch zależności.
To nie tylko problem samej przyrody, ale tak naprawdę całej gospodarki wodnej
Jeśli jeziora słabiej usuwają azot, skutki mogą odczuć nie tylko ryby, ptaki i mikroorganizmy. Pogorszenie jakości wody uderza w rekreację, turystykę, lokalne samorządy, rybactwo i koszty oczyszczania. Każdy sezon z zakwitami sinic oznacza zamykane kąpieliska, gorszy wizerunek miejscowości i rzeczywiste straty dla regionów żyjących z wypoczynku nad wodą.
Jeziora są często przez nas traktowane jak coś trwałego i oczywistego. Są na mapie, więc wydaje się, iż będą działać tak samo przez kolejne dekady. Tymczasem ich funkcje zależą tak naprawdę głównie od warunków, które właśnie się zmieniają. Cieplejsze zimy, krótszy okres zlodzenia, dłuższe okresy stagnacji wody i wyższe temperatury mogą przesuwać granice tego, co jezioro jest w stanie samo zneutralizować.
Jeśli naturalny filtr słabnie, to tym ważniejsze staje się zmniejszanie presji: lepsza gospodarka ściekowa, mądrzejsze nawożenie, pasy buforowe przy ciekach, ochrona mokradeł i ograniczanie spływu z pól. Nie można zakładać, iż jeziora w nieskończoność będą naprawiać błędy popełniane przez ludzi.
*Źródło grafiki wprowadzającej: Getty Images Pro, Canva Pro
