À mesure que le changement climatique réchauffe les rivières, celles-ci perdent de l’oxygène dissous dans leur eau. Ce processus, appelé désoxygénation, était déjà présent dans de grandes étendues d’eau, comme les océans et les lacs. Une étude que mes collègues et moi venons de publier dans Changement climatique montre que cela se produit également dans les rivières.
Nous avons documenté ce changement à l’aide d’un type d’intelligence artificielle appelé modèle d’apprentissage profond – plus précisément, un modèle de mémoire à long terme et à court terme – pour prédire la température de l’eau et les niveaux d’oxygène. Les données que nous avons alimentées dans le modèle comprenaient des enregistrements antérieurs de la température de l’eau et des concentrations d’oxygène dans les rivières, ainsi que des données météorologiques passées et les caractéristiques des terres adjacentes – par exemple, si elles abritaient des villes, des fermes ou des forêts.
Cependant, les données originales sur la température de l’eau et l’oxygène ont été mesurées de manière éparse et souvent à des périodes et à des fréquences différentes. Cela rendait difficile avant notre étude la comparaison entre les rivières et à différentes périodes.
En utilisant toutes ces informations provenant de 580 rivières aux États-Unis et de 216 rivières d’Europe centrale, notre programme d’IA a reconstruit les températures quotidiennes et les niveaux d’oxygène dans ces rivières de 1981 à 2019. Nous avons également utilisé des projections climatiques futures pour prédire la température future de l’eau. et les niveaux d’oxygène. Cela nous a permis de comparer de manière cohérente les températures passées et futures de l’eau des rivières et les niveaux d’oxygène dans des centaines de rivières, ce qui n’aurait pas été possible sans l’utilisation de l’IA.
En moyenne, nous avons constaté que les rivières se réchauffaient de 0,29 degrés Fahrenheit (0,16 degrés Celsius) par décennie aux États-Unis et de 0,49 F (0,27 C) par décennie en Europe centrale. Les taux de désoxygénation atteignaient entre 1 et 1,5 % de perte par décennie. Ces taux sont plus rapides que les taux de désoxygénation observés dans les océans et plus lents que ceux des lacs et des régions côtières.
Les rivières urbaines se réchauffent plus rapidement, tandis que les rivières des zones agricoles perdent de l’oxygène plus rapidement. Cela pourrait être dû en partie à la pollution par les nutriments, qui, combinée aux eaux plus chaudes, alimente de grandes proliférations d’algues. Lorsque les algues meurent et se décomposent, ce processus épuise l’oxygène dissous dans l’eau.
Pourquoi est-ce important
L’oxygène est crucial pour les plantes, les animaux, les poissons et les insectes aquatiques qui vivent dans les rivières. Ces organismes respirer l’oxygène dissous de l’eau de la rivière. Si les niveaux d’oxygène chutent trop bas, les espèces fluviales s’étoufferont.
Si les scientifiques savent que les océans et les lacs perdent de l’oxygène en raison du réchauffement climatique, nous pensions surtout que les rivières étaient à l’abri de ce problème. Les rivières sont peu profondes et les eaux rapides peuvent absorber l’oxygène directement de l’air. plus rapidement que l’eau stagnante. Les rivières abritent également des plantes qui produisent de l’oxygène.
La santé des rivières affecte tout ce qui se trouve à l’intérieur et autour d’elles, de la vie aquatique aux humains qui dépendent des rivières pour l’eau, la nourriture, le transport et les loisirs. Le réchauffement des rivières avec une faible teneur en oxygène pourrait entraîner la mort de poissons et une dégradation de la qualité de l’eau. La pêche, le tourisme et même la valeur des propriétés le long des rivières pourraient décliner, affectant les moyens de subsistance et les économies.
À mesure que l’air se réchauffe en raison du changement climatique, les rivières deviendront également plus chaudes. À mesure que la température d’un liquide augmente, sa capacité à retenir les gaz diminue. Cela signifie que le changement climatique réduira encore davantage l’oxygène dissous dans l’eau des rivières.
À des niveaux extrêmes, ce processus peut créer zones mortes où les poissons et autres espèces ne peuvent pas survivre. Des zones mortes se forment déjà dans les zones côtières, comme Golfe du Mexique et le lac Érié. Nous avons constaté que certaines rivières, en particulier dans les régions plus chaudes comme la Floride, pourraient être confrontées à davantage de jours de faible teneur en oxygène à l’avenir.
Un faible taux d’oxygène dans les rivières peut également favoriser des réactions chimiques et biologiques qui conduisent à la rejet de métaux toxiques à partir des sédiments fluviaux et une augmentation des émissions de gaz à effet de serre, comme protoxyde d’azote et méthane.
Collections numériques de la bibliothèque de l’Université du Michigan
Et après
La plupart de nos données sur l’oxygène dissous ont été collectées pendant la journée, lorsque les plantes des rivières produisent activement de l’oxygène par la photosynthèse, alimentée par la lumière du soleil. Cela signifie que nos résultats pourraient sous-estimer le problème du manque d’oxygène. La nuit, lorsque les plantes ne produisent pas d’oxygène, les niveaux d’oxygène dissous peuvent être plus faibles.
Je considère cette recherche comme un signal d’alarme en faveur d’une étude plus approfondie de la manière dont le changement climatique affectant la qualité de l’eau des rivières dans le monde entier. Une meilleure surveillance et davantage d’analyses peuvent rendre plus claire toute l’étendue de la désoxygénation des rivières. En fin de compte, j’espère que davantage de recherches conduiront à des changements politiques favorisant une utilisation responsable des terres et une gestion de l’eau ainsi qu’une meilleure gestion des rivières, les veines de notre planète.
Le résumé de recherche est un bref aperçu de travaux universitaires intéressants.