全球的淡水湖泊由于气候变化而经历更短的冰冻期，显著影响了人类安全、水质、生物多样性和全球范围内的养分循环。这一信息来自于由卡内基科学中心的斯蒂芬妮·汉普顿领导的国际研究团队的最近综述。
美国、加拿大和瑞典的科学家进行了一项全面的分析，强调了对冬季淡水生态学进行更多研究的紧迫性。这项研究发表在《科学》杂志上。
全球有数百万个淡水湖泊，其中大多数通常在冬季结冰。研究人员的彻底评审揭示了过去25年湖冰持续时间的显著变化，冰融化的时间至少比过去几个世纪早一个月。
“过去165年里，湖泊完全结冰的时间缩短了31天，许多以前每个冬天都会结冰的湖泊现在在一些年份里已经完全无冰。”汉普顿表示。“这对全球依赖这些湖泊提供饮用水、休闲、捕鱼和冰路旅行的社区有重大影响，此外，它们还具有精神和文化的重要性。”
汉普顿担任卡内基科学中心生物圈科学与工程部门的副主任，是一位拥有18年经验的淡水生态学家，研究西伯利亚的贝加尔湖的微小浮游生物。过去十年里，她将研究重点扩展到在温度升高的背景下湖冰的全球趋势。
该团队的发现展示了因冰层减少而导致的生态损害，影响了从单个湖泊的健康到组成地球系统的复杂过程的微妙平衡。
研究人员强调，全球的生态学家必须开始在冬季研究湖泊，这是一个由于安全和逻辑挑战常被忽视的季节，以真正理解冰层损失带来的广泛风险。他们的论文勾勒出了一些对人类和环境健康有重大影响的关键研究领域。
据汉普顿和她的合作者称，冰冻时间的减少和温度的上升对湖泊的生物地球化学过程和微生物活动产生了负面影响，增加了水质问题的可能性。例如，温暖的水会导致有毒蓝藻爆发，给鱼类和人类带来风险。此外，这些藻类的爆发可能耗尽氧气水平，从湖泊沉积物中释放被困的金属，进一步引发水质纯度的问题。
冰层持续时间的变化也威胁到湖泊生态系统的多样性。温度波动可能让适应温暖环境的入侵物种受益，同时对冷水鱼和其他生物造成伤害。
研究人员强调，需要进一步调查湖泊冰层减少如何影响全球碳循环的情况。有证据表明，冰层有助于湖泊从大气中捕获碳，而温暖的水则可能加速温室气体如甲烷和一氧化二氮的释放。
此外，冰层流失可能导致湖水蒸发加剧，随着时间的推移可能减少附近社区的淡水获取，也可能使这些地区更易受到更严重的降雪和侵蚀的影响。需要更多研究来理解湖泊在变暖气候中如何参与水循环。
“越来越明显的是，许多湖泊结冰的时间变晚了，融化的时间变早了，或者两者都有。”汉普顿断言。“超过十亿人居住在冰冻湖泊附近，这些现象正在改变人们使用这些资源的方式。通过分析我们对这些变化如何影响湖泊生态系统和周边社区的当前理解，我们确定了需要更深入探索的重要课题。洞察这些威胁的复杂性和范围对于制定有效的应对策略至关重要。”
尽管像汉普顿这样的研究人员多年研究北半球及高海拔地区湖泊的生态，但冬季湖泊的研究仍是一个相对较新的研究领域。汉普顿和她的同行正在引领建立安全研究方法的努力，以便在冰封条件下进行调查。今年早些时候，她和她的团队在威斯康星州的特劳特湖举办了一次“冬季学校”，让早期职业研究人员学习如何安全地从冰冻水体中采集样本。
“展望未来，我们必须投资于更深刻地理解湖泊冰层在维持我们星球健康和支持依赖这些湖泊的社区方面所发挥的重要作用。”汉普顿总结道。
《科学》论文的共同作者包括卡内基科学中心的瑞安·麦克卢尔、贝勒大学的斯蒂芬·鲍尔斯、威斯康星大学的希拉里·杜根、俄亥俄州迈阿密大学的莱斯利·诺尔、加拿大多伦多大学的贝利·麦克米恩斯、美国地质调查局的迈克尔·迈耶、伊利诺伊州立大学的凯瑟琳·奥赖利、明尼苏达大学的泰德·奥泽尔斯基、约克大学的萨普娜·香玛、卡尔加里大学的大卫·巴雷特、内华达大学的苏迪普·钱德拉、乌普萨拉大学的约阿希姆·延森和吉萨·维亨梅耶、魁北克大学的米拉·劳提奥，以及南方法学院的肖·杨。
