Klimabedingte Veränderungen der Süßwasserzufuhr beeinflussen nachweislich die Struktur und Funktion von Küstenökosystemen. Wir haben die Veränderungen des Einflusses von Flussabflüssen auf die Küstensysteme Nordwestpatagoniens (NWP) in den letzten Jahrzehnten (1993–2021) durch eine kombinierte Analyse von langfristigen Abflusszeitreihen, hydrologischen Simulationen sowie satellitengestützten und Reanalysedaten zu den Meeresoberflächenbedingungen (Temperatur, Trübung und Salzgehalt) bewertet. In einer Zone, die sich über sechs große Flusseinzugsgebiete erstreckt, waren auf wöchentlicher, monatlicher und saisonaler Ebene signifikante Rückgänge der Mindestabflussmenge erkennbar. Diese Veränderungen waren in nördlichen Einzugsgebieten mit gemischtem Regime (z. B. dem Río Puelo) am ausgeprägtesten, scheinen sich aber nach Süden auf Flüsse mit nivalem Regime auszubreiten. Im angrenzenden zweischichtigen Binnenmeer geht der verringerte Süßwassereintrag mit einer flacheren Halokline und erhöhten Oberflächentemperaturen in Nordpatagonien einher. Unsere Ergebnisse unterstreichen den sich rasch entwickelnden Einfluss von Flüssen auf angrenzende Ästuar- und Küstengewässer in NWP. Wir betonen die Notwendigkeit ökosystemübergreifender Beobachtungs-, Prognose-, Minderungs- und Anpassungsstrategien in einem sich ändernden Klima, zusammen mit einem entsprechenden adaptiven Beckenmanagement von Systemen, die Abflusswasser in die küstennahen Meeresgewässer leiten.
Flüsse sind die Hauptquelle für den Süßwassereintrag der Kontinente in die Ozeane1. In halbgeschlossenen Küstensystemen sind Flüsse ein wichtiger Motor von Zirkulationsprozessen2 und die Brücke zwischen terrestrischen und marinen Ökosystemen, indem sie Nährstoffe, organische Stoffe und Sedimente transportieren, die jene aus der Küste und dem offenen Ozean ergänzen3. Jüngste Studien haben Veränderungen in Menge und Zeitpunkt der Süßwassereinträge in die Küstenmeere festgestellt4. Analysen von Zeitreihen und hydrologischen Modellen zeigen unterschiedliche räumlich-zeitliche Muster5, die beispielsweise von starken Anstiegen der Süßwasserabflüsse in hohen Breiten6 – aufgrund verstärkter Eisschmelze – bis zu rückläufigen Trends in mittleren Breiten aufgrund zunehmender hydrologischer Dürre7 reichen. Ungeachtet der Richtung und des Ausmaßes der jüngst gemeldeten Trends wurde der Klimawandel als Haupttreiber veränderter hydrologischer Regime8 identifiziert, während die Auswirkungen auf die Küstengewässer und die von ihnen unterstützten Ökosysteme noch vollständig bewertet und verstanden werden müssen9. Zeitliche Änderungen der Abflussmenge aufgrund des Klimawandels (veränderte Niederschlagsmuster und steigende Temperaturen) und anthropogener Einflüsse wie Staudämme oder Reservoirs für Wasserkraftwerke10,11, Umleitungen von Bewässerungssystemen und Landnutzungsänderungen12 stellen eine Herausforderung für die Analyse von Trends bei den Süßwassereinträgen dar13,14. So haben beispielsweise mehrere Studien gezeigt, dass Gebiete mit einem hohen Waldbestand eine größere Ökosystemresilienz bei Dürreperioden aufweisen als solche, in denen vorwiegend Forstplantagen oder Landwirtschaft betrieben werden15,16. Um in mittleren Breiten die zukünftigen Auswirkungen des Klimawandels auf die Küstenmeere durch die Entflechtung der Effekte des Klimawandels und lokaler anthropogener Störungen zu verstehen, sind Beobachtungen von Referenzsystemen mit geringen Änderungen erforderlich, damit Änderungen des hydrologischen Regimes von lokalen menschlichen Störungen getrennt werden können.
Westpatagonien (> 41°S an der Pazifikküste Südamerikas) erweist sich als eine dieser gut erhaltenen Regionen, in der kontinuierliche Forschung zur Überwachung und zum Schutz dieser Ökosysteme unabdingbar ist. In dieser Region interagieren frei fließende Flüsse mit der komplexen Küstengeomorphologie und bilden so eines der ausgedehntesten Makroästuare der Welt17,18. Aufgrund ihrer Abgelegenheit sind die Flussbecken Patagoniens bemerkenswert unberührt geblieben, mit einer hohen einheimischen Waldbedeckung19, geringer Bevölkerungsdichte und im Allgemeinen frei von Dämmen, Stauseen oder Bewässerungsinfrastruktur. Die Anfälligkeit dieser Küstenökosysteme gegenüber Umweltveränderungen hängt im weiteren Sinne hauptsächlich von ihrer Interaktion mit Süßwasserquellen ab. Süßwassereinträge in die Küstengewässer Nordwestpatagoniens (NWP; 41–46 ºS), darunter direkte Niederschläge und Flussabflüsse, interagieren mit ozeanischen Wassermassen, insbesondere dem stark salzhaltigen subantarktischen Wasser (SAAW). Dies wiederum beeinflusst Zirkulationsmuster, Wassererneuerung und Belüftung20 durch die Entstehung starker Salzgehaltsgradienten mit einem hohen Grad an jahreszeitlichen Schwankungen und räumlicher Heterogenität in der Halokline21. Die Interaktion zwischen diesen beiden Wasserquellen beeinflusst auch die Zusammensetzung planktonischer Gemeinschaften22, beeinträchtigt die Lichtdämpfung23 und führt zu einer Verdünnung der Stickstoff- und Phosphorkonzentrationen im SAAW24 sowie einer verbesserten Orthosilikatversorgung in der Oberflächenschicht25,26. Darüber hinaus führt der Süßwassereintrag zu einem starken vertikalen Gradienten des gelösten Sauerstoffs (DO) in diesen Ästuargewässern, wobei die obere Schicht im Allgemeinen eine hohe DO-Konzentration (6–8 mL L−1)27 aufweist.
Die relativ begrenzten Eingriffe in die kontinentalen Becken Patagoniens stehen im Kontrast zur intensiven Nutzung der Küstenlinie, insbesondere durch die Aquakulturindustrie, einem wichtigen Wirtschaftszweig Chiles. Chile ist derzeit einer der weltweit größten Aquakulturproduzenten und der zweitgrößte Exporteur von Lachs und Forelle sowie der größte Exporteur von Muscheln28. Die Lachs- und Muschelzucht, für die in der Region derzeit ca. 2.300 Konzessionsgebiete mit einer Gesamtfläche von ca. 24.000 ha genutzt werden, schafft in Südchile einen erheblichen wirtschaftlichen Wert29. Diese Entwicklung bleibt nicht ohne Auswirkungen auf die Umwelt, insbesondere die Lachszucht, eine Tätigkeit, die diesen Ökosystemen exogene Nährstoffe zuführt30. Sie ist zudem nachweislich sehr anfällig für klimabedingte Veränderungen31,32.
In den letzten Jahrzehnten berichteten Studien im Bereich der NWP von einem Rückgang der Süßwasserzufuhr33 und prognostizierten eine Verringerung der Wasserabflussmengen im Sommer und Herbst34 sowie eine Verlängerung hydrologischer Dürreperioden35. Diese Veränderungen der Süßwasserzufuhr beeinflussen unmittelbare Umweltparameter und haben kaskadenartige Auswirkungen auf die Dynamik des gesamten Ökosystems. Beispielsweise treten extreme Bedingungen in küstennahen Oberflächengewässern während Sommer- und Herbstdürren häufiger auf und haben in einigen Fällen die Aquakulturindustrie durch Hypoxie36, erhöhten Parasitenbefall und schädliche Algenblüten32,37,38 (HABs) beeinträchtigt.
In den letzten Jahrzehnten berichteten Studien im Bereich der NWP von einem Rückgang der Süßwasserzufuhr33 und prognostizierten eine Verringerung der Wasserabflussmengen im Sommer und Herbst34 sowie eine Verlängerung hydrologischer Dürreperioden35. Diese Veränderungen der Süßwasserzufuhr beeinflussen unmittelbare Umweltparameter und haben kaskadenartige Auswirkungen auf die Dynamik des gesamten Ökosystems. Beispielsweise treten extreme Bedingungen in küstennahen Oberflächengewässern während Sommer- und Herbstdürren häufiger auf und haben in einigen Fällen die Aquakulturindustrie durch Hypoxie36, erhöhten Parasitenbefall und schädliche Algenblüten32,37,38 (HABs) beeinträchtigt.
Der aktuelle Wissensstand über den Rückgang der Süßwasserzufuhr in NWP basiert auf der Analyse hydrologischer Kennzahlen39, die die statistischen oder dynamischen Eigenschaften hydrologischer Datenreihen beschreiben, die aus einer begrenzten Anzahl langfristiger Aufzeichnungen und einer minimalen räumlichen Abdeckung abgeleitet wurden. Zu den entsprechenden hydrografischen Bedingungen in den Mündungsgewässern der NWP oder des angrenzenden Küstenmeers liegen keine langfristigen In-situ-Aufzeichnungen vor. Angesichts der Anfälligkeit sozioökonomischer Aktivitäten an der Küste gegenüber den Auswirkungen des Klimawandels ist die Einführung eines umfassenden Ansatzes für die Schnittstelle zwischen Land und Meer zur Bewirtschaftung und Anpassung an den Klimawandel zwingend erforderlich40. Um dieser Herausforderung zu begegnen, haben wir hydrologische Modellierungen (1990–2020) mit satellitengestützten und erneut analysierten Daten zu den Meeresoberflächenbedingungen (1993–2020) integriert. Dieser Ansatz verfolgt zwei Hauptziele: (1) die Bewertung historischer Trends bei hydrologischen Kennzahlen auf regionaler Ebene und (2) die Untersuchung der Auswirkungen dieser Änderungen auf das angrenzende Küstensystem, insbesondere hinsichtlich Salzgehalt, Temperatur und Trübung der Meeresoberfläche.
Wir können verschiedene Arten intelligenter Sensoren zur Überwachung der Hydrologie und Wasserqualität bereitstellen. Lassen Sie sich gerne beraten.
Veröffentlichungszeit: 18. September 2024