Klimatdrivna förändringar i sötvattentillförseln har visat sig påverka strukturen och funktionen hos kustnära ekosystem. Vi utvärderade förändringar i inflytandet av flodavrinning på kustsystemen i nordvästra Patagonien (NWP) under de senaste decennierna (1993–2021) genom kombinerad analys av långsiktiga tidsserier för strömflöden, hydrologisk simulering, satellitbaserade och omanalysdata om havsytans förhållanden (temperatur, grumlighet och salthalt). Signifikanta minskningar av minimiflödet över en zon som sträcker sig över sex stora flodbassänger var tydliga på vecko-, månads- och säsongsnivå. Dessa förändringar har varit mest uttalade i norra bassänger med blandade regimer (t.ex. Puelo-floden) men verkar utvecklas söderut till floder som kännetecknas av en nival regim. I det angränsande tvåskiktade inre havet motsvarar minskad sötvattentillförsel en grundare haloklin och ökade yttemperaturer över norra Patagonien. Våra resultat understryker det snabbt utvecklande inflytandet från floder på angränsande flodmynningar och kustvatten i NWP. Vi belyser behovet av observations-, prognos-, begränsnings- och anpassningsstrategier som täcker hela ekosystemet i ett föränderligt klimat, tillsammans med motsvarande adaptiv avrinningsområdesförvaltning av system som förser kustnära marina vatten med avrinning.
Floder är den primära källan till kontinental sötvattentillförsel till haven1. I halvslutna kustsystem är floder en viktig drivkraft för cirkulationsprocesser2 och bron mellan terrestra och marina ekosystem, där de transporterar näringsämnen, organiskt material och sediment som kompletterar de från kust- och öppna havet3. Nyligen genomförda studier har rapporterat förändringar i volymen och tidpunkten för sötvattentillförseln till kusthavet4. Analyser av tidsserier och hydrologiska modeller visar olika spatiotemporala mönster5, som till exempel sträcker sig från starka ökningar av sötvattenutsläpp på höga breddgrader6 – på grund av ökad issmältning – till nedåtgående trender på mellersta breddgrader på grund av ökad hydrologisk torka7. Oavsett riktningen och omfattningen av nyligen rapporterade trender har klimatförändringar identifierats som en viktig drivkraft för förändrade hydrologiska regimer8, medan effekterna på kustvatten och de ekosystem de stöder ännu inte har bedömts och förståts fullt ut9. Tidsmässiga förändringar i vattenflödet, påverkade av klimatförändringar (förändrade nederbördsmönster och stigande temperaturer) och antropogena påfrestningar såsom vattenkraftsdammar eller reservoarer10,11, omledning av bevattning och förändrad markanvändning12, utgör en utmaning för att analysera trender i sötvattentillförsel13,14. Till exempel har flera studier visat att områden med en hög mångfald av skogar uppvisar större ekosystemmotståndskraft under torka än de som domineras av skogsplantager eller jordbruk15,16. På mellersta breddgrader kräver förståelsen av framtida klimatförändringars effekter på kusthavet, genom att urskilja effekterna av klimatförändringar och lokala antropogena störningar, observationer från referenssystem med begränsad förändring så att förändringar i den hydrologiska regimen kan separeras från lokala mänskliga störningar.
Västra Patagonien (> 41°S på Sydamerikas Stillahavskust) framstår som en av dessa välbevarade regioner, där kontinuerlig forskning är avgörande för att övervaka och skydda dessa ekosystem. I denna region samverkar fritt flödande floder med komplex kustgeomorfologi för att forma en av de mest omfattande makroflodmynningarna i världen17,18. På grund av sin avlägsenhet förblir Patagoniens flodbassänger anmärkningsvärt ostörda, med ett högt inhemskt skogstäcke19, låg befolkningstäthet och i allmänhet fria från dammar, reservoarer och bevattningsinfrastruktur. Sårbarheten hos dessa kustekosystem för miljöförändringar beror huvudsakligen, i förlängningen, på deras interaktion med sötvattenkällor. Sötvatteninflödet till kustvattnen i nordvästra Patagonien (NWP; 41–46 ºS), inklusive direkt nederbörd och flodavrinning, interagerar med oceaniska vattenmassor, särskilt det högsaltiga subantarktiska vattnet (SAAW). Detta påverkar i sin tur cirkulationsmönster, vattenförnyelse och ventilation20 genom genereringen av starka salthaltsgradienter, med en hög grad av säsongsvariation och rumslig heterogenitet i haloklinen21. Samspelet mellan dessa två vattenkällor påverkar också sammansättningen av planktonsamhällen22, påverkar ljusdämpning23 och leder till en utspädning av kväve- och fosforkoncentrationer i SAAW24 och ökad ortosilikattillförsel i ytskiktet25,26. Dessutom resulterar sötvattentillförseln i en stark vertikal gradient av löst syre (DO) i dessa flodmynningsvatten, där det övre lagret generellt uppvisar hög DO-koncentration (6–8 ml L−1)27.
De relativt begränsade insatser som kännetecknar Patagoniens kontinentala bassänger står i kontrast till det intensiva utnyttjandet av kusten, särskilt av vattenbruksindustrin, en viktig ekonomisk sektor i Chile. Chile rankas för närvarande bland världens främsta vattenbruksproducenter och är den näst största exportören av lax och öring, och den största exportören av musslor28. Lax- och musslodling, som för närvarande upptar cirka 2300 koncessionsområden med en total yta på cirka 24 000 hektar i regionen, genererar betydande ekonomiskt värde i södra Chile29. Denna utveckling är inte utan miljöpåverkan, särskilt när det gäller laxodling, en verksamhet som bidrar med exogena näringsämnen till dessa ekosystem30. Den har också visat sig vara mycket sårbar för klimatrelaterade förändringar31,32.
Under de senaste decennierna har studier som utförts i NWP rapporterat en minskning av sötvattentillförseln33 och prognostiserat en minskning av flödet under sommaren och hösten34, samt förlängning av hydrologiska torkor35. Dessa förändringar i sötvattentillförseln påverkar omedelbara miljöparametrar och har kaskadeffekter på den bredare ekosystemets dynamik. Till exempel har extrema förhållanden i kustnära ytvatten under sommar-hösttorka blivit vanligare och har i vissa fall påverkat vattenbruksindustrin genom hypoxi36, ökad parasitism och skadliga algblomningar32,37,38.
Under de senaste decennierna har studier som utförts i NWP rapporterat en minskning av sötvattentillförseln33 och prognostiserat en minskning av flödet under sommaren och hösten34, samt förlängning av hydrologiska torkor35. Dessa förändringar i sötvattentillförseln påverkar omedelbara miljöparametrar och har kaskadeffekter på den bredare ekosystemets dynamik. Till exempel har extrema förhållanden i kustnära ytvatten under sommar-hösttorka blivit vanligare och har i vissa fall påverkat vattenbruksindustrin genom hypoxi36, ökad parasitism och skadliga algblomningar32,37,38.
Nuvarande kunskap om minskningen av sötvattentillförseln i NWP baseras på analys av hydrologiska mätvärden39, som beskriver de statistiska eller dynamiska egenskaperna hos hydrologiska dataserier härledda från ett begränsat antal långsiktiga register och minimal geografisk täckning. När det gäller motsvarande hydrografiska förhållanden i estuarierna i NWP eller det angränsande kusthavet finns det inga tillgängliga långsiktiga in situ-register. Med tanke på de socioekonomiska aktiviteterna i kustnära områden som är sårbara för klimatförändringarnas effekter är det absolut nödvändigt att anta en heltäckande strategi för hantering och anpassning till klimatförändringar, baserad på land-hav-gränssnittet40. För att möta denna utmaning har vi integrerat hydrologisk modellering (1990–2020) med satellitbaserade och omanalysbaserade data om havsytans förhållanden (1993–2020). Denna metod har två huvudmål: (1) att bedöma historiska trender inom hydrologiska mätvärden på regional skala och (2) att undersöka konsekvenserna av dessa förändringar för det angränsande kustsystemet, särskilt vad gäller havsytans salthalt, temperatur och grumlighet.
Vi kan erbjuda olika typer av smarta sensorer för att övervaka hydrologi och vattenkvalitet, välkommen att kontakta oss.
Publiceringstid: 18 sep-2024