Нечем дышать: реки теряют кислород
Глобальное потепление нагревает моря, океаны и озера, отчего в них становится меньше кислорода. Это, безусловно, вредит флоре и фауне. А вот рекам, как считалось долгое время, такая участь не грозит. Однако новое исследование опровергает это заблуждение. Реально оценить масштаб проблемы ученым помог искусственный интеллект.
Без ИИ не разобраться
Международная группа исследователей проверила состояние 580 рек США и 216 рек Центральной Европы. Для этого ученые использовали модель глубокого обучения, куда загрузили информацию о качестве воды, погоде, рельефе, наличии городов, ферм или лесов вблизи водоемов за длительное время. Как подчеркивают авторы, без искусственного интеллекта у них бы ничего не вышло, потому что в прошлом многие данные собирались не систематически. Получить полную картину своими силами оказалось невозможно.
Благодаря нейросети ученые смогли реконструировать средние показатели дневной температуры и уровня кислорода в сотнях рек с 1981 по 2019 год. Полученные данные показали устойчивое потепление воды в 87 % случаев и деоксигенацию в 70 % случаев. Примечательно, что в городах реки нагреваются быстрее, чем в сельскохозяйственных районах, при этом кислород теряют медленнее. Отчасти это может быть связано с тем, что аграрная деятельность приводит к загрязнению водоемов питательными веществами. Вместе с потеплением воды это вызывает бурное цветение водорослей, которые в больших количествах поглощают O2.
Водные растения насыщают реки кислородом
Фото: © Kichigin / Shutterstock / FOTODOM
Выяснилось также, что в среднем каждое десятилетие температура речной воды повышается на 0,16 °C в США и на 0,27 °C в Центральной Европе, а потеря кислорода — на +1 % и +1,5 % соответственно. Такие темпы деоксигенации выше, чем в открытом океане, но ниже, чем в озерах и прибрежных морских районах.
Что такое растворенный кислород в воде?
Так называют степень насыщения воды O2. Океаны, моря, реки и озера получают его из атмосферы и в результате фотосинтеза водных растений. Причем быстротекущие потоки забирают кислород из воздуха значительно активнее, чем стоячие пруды, а в воде из глубоко залегающих подземных источников его практически нет.
Количество растворенного кислорода подсчитывают с помощью оксиметра. Этот показатель важен не только для экологии водоемов, но и в промышленности. Кислород активизирует коррозию, а она снижает срок службы тех же водопроводных труб. Так, например, при увеличении содержания O2 в воде с 20 до 100 мкг/дм3 скорость возникновения коррозии возрастает в 10 раз. По этой причине в промышленных котлах используют воду с низким содержанием кислорода, а также потому, что это позволяет избежать образования накипи, которая снижает теплопередачу.
Жизненно важный элемент
Очевидно, что кислород крайне важен для водных обитателей и растений — они им дышат. Раньше считалось, что реки и ручьи достаточно мелководны и быстры, чтобы в нужных количествах поглощать O2 непосредственно из воздуха. Однако при нагревании способность жидкости удерживать газы снижается. Выходит, чем сильнее глобальное потепление, тем меньше в речной воде кислорода.
«Здоровье рек влияет на все, что находится в них и в окрестностях: от флоры и фауны до людей. Реки — источник воды, пищи, место отдыха, а еще это транспортные артерии. Потепление водоемов с низким содержанием кислорода может привести к массовому вымиранию рыбы и ухудшению качества воды. Рыболовство, туризм и даже стоимость недвижимости вдоль рек могут снизиться, что ударит по экономике и лишит людей средств к существованию», — объясняет один из авторов исследования профессор The Pennsylvania State University Ли Ли.
Без достаточного количества кислорода водные обитатели погибнут
Фото: © Rocksweeper / Shutterstock / FOTODOM
При самом неблагоприятном развитии ситуации в водоемах образуются мертвые зоны, где рыба и другие виды не в состоянии выжить. Такие места уже существуют, например, в Мексиканском заливе и на озере Эри. В будущем подобное может произойти в некоторых реках Флориды и других теплых регионов мира.
Более того, низкое содержание кислорода в воде может вызвать химические и биологические реакции, которые приводят к выделению токсичных металлов из речных отложений и увеличению выбросов парниковых газов, таких как закись азота и метан.
Профессор Ли предупреждает, что полученные ее командой показатели могут быть занижены, а значит, положение вещей еще хуже. Дело в том, что большинство данных по растворенному в воде кислороду ученые собирали в дневное время, когда речные растения активно вырабатывают кислород под действием солнечного света. Ночью, когда фотосинтез прекращается, показатели могу быть ниже.
Возраст некоторых рек достигает 400 млн лет
Изображение: © Stone36 / Shutterstock / FOTODOM
Авторы исследования призывают научное сообщество к более глубокому изучению того, как изменения климата влияют на качество воды в реках по всему миру. Пристальное внимание и доскональный анализ помогут прояснить реальные масштабы деоксигенации рек.
«В конечном счете, я надеюсь, дальнейшие исследования приведут к более ответственному землепользованию и управлению водными ресурсами, а также к более бережному отношению к рекам — венам нашей планеты», — заключает профессор Ли.
