Les vagues de chaleur du lac sous-marine sont en augmentation, menaçant la vie aquatique
Les lacs sont essentiels aux écosystèmes, fournissant de l'eau douce, soutenant la biodiversité et offrant un habitat crucial pour les poissons et autres espèces aquatiques.
Mais une étude récente de mes collègues et moi montre que les lacs du monde entier se réchauffent, non seulement à la surface, mais aussi au fond. Les vagues de chaleur souterraines dans les lacs, définies comme des périodes extrêmes de température élevée en eau sous la surface, augmentent en fréquence, en durée et en intensité.
Ces extrêmes cachés pourraient avoir de graves conséquences sur les écosystèmes du lac. Malgré cela, le problème reste largement sans surveillance et mal compris.
Les vagues de chaleur du lac sont similaires à celles de l'atmosphère ou de l'océan. Ce sont des périodes prolongées de chaleur excessive. La plupart des recherches à ce jour se sont concentrées sur les températures de surface, où le changement climatique a déjà provoqué des vagues de chaleur plus fréquentes et intenses au cours des dernières décennies.
Ces événements de surface peuvent perturber l'équilibre chimique et physique des lacs, endommager les réseaux alimentaires et, dans certains cas, provoquer la mort des poissons de masse.
Les espèces aquatiques réagissent aux ondes thermiques de surface de différentes manières. Certains bénéficient si le réchauffement élargit sa plage de température préférée. Mais beaucoup d'autres, en particulier ceux qui vivent déjà près de leurs limites thermiques, sont confrontés à un stress important.
Dans les lacs qui stratifient pendant l'été – où l'eau de surface chaude se trouve au-dessus d'une couche de fond plus froide – certaines espèces cherchent refuge à la chaleur en migrant vers des eaux plus profondes. Mais que se passe-t-il lorsque ce refuge plus profond n'est plus cool?
Un regard plus approfondi sous la surface
Pour étudier, nous avons analysé les données de température de dizaines de milliers de lacs dans le monde. Ceux-ci comprenaient des modèles de lacs unidimensionnels, des simulations haute résolution pour les Grands Lacs d'Amérique du Nord et des modèles locaux calibrés à des conditions de lac spécifiques.
En analysant comment la température varie avec la profondeur et le temps, nous avons identifié quand et où les eaux souterraines ont traversé des seuils de chaleur extrêmes.
Nous avons défini les ondes de chaleur souterraines comme des périodes où les températures à des profondeurs particulières ont dépassé leur plage saisonnière typique. Nous avons également suivi la façon dont ces événements ont changé depuis 1980 et comment ils pourraient évoluer sous différents scénarios d'émissions d'ici la fin de ce siècle.
Les vagues de chaleur souterraines sont déjà courantes et elles deviennent plus encore.
Depuis 1980, les ondes thermiques inférieures (celles qui se produisent dans les parties les plus profondes des lacs) ont augmenté en moyenne plus de sept jours par décennie de fréquence, plus de deux jours par décennie de durée et elles ont augmenté d'environ 0,2 ° C par décennie.
Bien que ces événements en eau profonde aient tendance à être légèrement moins intenses que ceux de surface, ils durent souvent plus longtemps.
Nous avons également trouvé une augmentation des vagues de chaleur «à composition verticale». C'est à ce moment que des températures extrêmes se produisent simultanément à la surface et au fond d'un lac.
Ces événements doublés se produisent maintenant plus de trois jours par décennie plus fréquemment. Lorsqu'ils frappent, les espèces aquatiques peuvent être laissées sans endroit pour échapper à la chaleur.
Encore plus préoccupant, les refuges en eau profonde qui offraient autrefois un abri pendant les ondes de chaleur de surface se rétrécissent ou disparaissent complètement. Dans certains lacs, la distance de poisson doit parcourir pour trouver de l'eau plus froide a augmenté de près d'un mètre par décennie.
Nos simulations suggèrent que ces tendances s'intensifieront, en particulier dans les scénarios à haute émission. À la fin de ce siècle, certaines ondes thermiques du fond pourraient durer des mois, avec des températures extrêmes non vues dans le dossier historique.
Pourquoi cela compte
Les écosystèmes du lac dépendent de la structure thermique. Lorsque la chaleur extrême atteint plus profondément la colonne d'eau, elle peut déclencher des effets écologiques en cascade, des habitats de poisson changeants et modifiant la distribution des espèces à une augmentation du cycle des nutriments et des proliférations d'algues. Cela pourrait même affecter la libération de gaz à effet de serre comme le méthane des sédiments de lit de lac.
Les vagues de chaleur souterraines présentent un risque particulier pour les espèces vivant au fond, qui peuvent être moins mobiles ou déjà adaptées aux conditions froides et stables. La perte de refuges thermiques pendant les ondes de chaleur de surface compromet également des espèces qui autrement s'échapper dans des eaux plus profondes.
En ignorant ce qui se passe sous la surface, nous risquons de sous-estimer les véritables effets écologiques du changement climatique sur les systèmes d'eau douce.
Notre étude met en évidence le besoin urgent d'étendre les efforts de surveillance du lac pour inclure les températures souterraines. Bien que les satellites aient transformé notre compréhension du réchauffement de la surface, ils ne peuvent pas capturer ce qui se passe ci-dessous.
Les recherches futures devraient examiner comment différentes espèces réagissent à ces vagues de chaleur en eau profonde et en vertical. Il devrait explorer comment les changements dans la structure thermique du lac affectent différents processus tels que le cycle des nutriments et la production de méthane.
Pour les planificateurs de conservation, cela signifie incorporer des vagues de chaleur souterraines dans les évaluations des risques et les modèles d'habitat. Pour les modélisateurs climatiques, cela signifie mieux représenter des processus verticaux dans les lacs dans les modèles de systèmes de terre mondiale.
Alors que les lacs continuent de se réchauffer, la gestion et la compréhension de ces extrêmes de chaleur cachés seront essentiels pour protéger la biodiversité et les services écosystémiques vitaux fournissent.
Iestyn Woolway, Reader et Nerc Independent Research Fellow, Université de Bangor
