Koldioxidbalanser blir allt viktigare i klimatdiskussionerna. Här har en sjö i Louisiana provtagits varannan vecka, fyra gånger per provdag. Det visar sig att koldioxidtrycket vid ytan, pCO2, och CO2-fluxen har en tydlig variation över dygnets timmar.
Av: Jörgen Hanaeus
Koldioxidavgång från sjöar har visat sig vara en viktig komponent i den kontinentala kolbalansen, men mestadels har koldioxidtryckets variation vid sjöytan under dagen ignorerats vid mätningarna.
För att öka kunskapen om variationen under dygnet genomfördes mätningar i sjön Capitol Lake, Louisiana, USA. Mätningar gjordes varannan vecka under perioden november 2017-Juni 2018 vid klockslagen 7:00, 10:00, 14:00 och 17:00. Koldioxidtrycket varierade mellan 154 och 1698 µatm under dagen och koldioxidfluxen mellan -43 och 284 mmol/m2, h.
Bakgrund
Trots en jämförelsevis måttlig yta är inlandssjöar en viktig del av den globala kolcykeln. De är ofta övermättade med koldioxid relativt atmosfärstrycket och levererar därför CO2 till atmosfären. Beräkningar i litteraturen anger 0,5 Pg C/år med 60 % från sötvattensjöar och 40 % från saltvattensjöar. Hela C-exporten från kontinenten till havet är 0,9 Pg C/år så insjöandelen är respektabel.
Partialtrycket för koldioxid vid vattenytan, pCO2 påverkas bl a av pH, temperatur och trofi-status (vattnets innehåll av organiskt kol). Ofta noteras övermättnad gentemot atmosfären, beroende på det akvatiska ekosystemets transformationer eller på tillskott av oorganiskt kol med tillflödena. Sällan anges en insjö vara CO2-sänka; i en undersökning från 1994 fastslogs att av 1835 sjöar runtom i världen befanns färre än 10 % vara inom ± 20 % från jämviktsvärdet medan fler än 80 % var övermättade relativt CO2.
Dataproduktionen inom området; särskilt för korttidsvariationer är ännu mager och målet i denna studie har varit att bestämma CO2-fluxen genom vattenytan av en subtropisk sjö (Louisiana) genom att mäta pCO2 vid fyra tillfällen per dag (kl 7,10,14,17) varannan vecka.
Fältförsök
Försöken utfördes i Capitol Lake, Baton Rouge, Louisiana. Sjön, som är en översvämningsyta för Mississippifloden har en vattenyta om ca 22 ha och djup varierande mellan 0,3 och 2,4 m. Tillrinngsområdet är 1170 ha och sjön klassificeras som mesoeutrof med ca 0,04 mg P/L.
Vegetationen närmast på stranden benämns C4-gräs (Stenotaphrum secundatum). Långtidsnederbörden är 1470 mm (160 mm i juli till 80 mm i Oktober) och långtidsutetemperaturen är ca 20 ºC (-5 – 30 ºC).
Från november 2017 till juni 2018 gjordes fältbesök vid sjön varannan vecka för att in situ mäta pCO2 och flera vattenparametrar. Mätdagarna togs prover ca 6 m från strandkanten. Kl 7.00 var den första tidpunkt då solinstrålningen blev mätbar och kl 17.00 den sista tidpunkten då strålningen var mätbar. Halten löst syre var låg på morgonen; steg under dagen och var som högst före solnedgången.
Alla besöksdagar valdes regnfria för att minimera regnets inflytande på vattenkvalitén. pCO2 mättes med bärbar logger som gav signal varje halvminut. Även klorofyll-ἀ, pH, turbiditet, syrehalt och temperatur mättes.
Prover togs 3-5 dm under vattenytan och analyserades m a p löst organiskt kol, löst oorganiskt kol samt delta kol-13-isotoperna för nyssnämnda.
CO2-fluxen beräknades ur skillnaden mellan pCO2 i vatten och luft, där pCO2 satts till 400 µatm. Konstanter ingår; Henrys konstant och Schmidts tal (beror av vindhastigheten). Timvisa väderdata togs från närliggande väderstation.
Resultat
Där var en klart avtagande trend för koldioxidtrycket i vatten från morgon till kväll vid samtliga provtagningsdagar. Genomsnittligt värde var 736 µatm ± 675 µatm med ett högsta värde i (1698) december 2017 och det lägsta värdet (154) i slutet av februari 2018.
I likhet med trycket visade CO2-fluxen en avtagande trend under dagtid. Det genomsnittliga värdet under provdygnen varierade från -43 (±29) mmol/m2, h (februari 2018) till 284±80 mmol/m2, h (december 2017).
Halten löst oorganiskt kol varierade under perioden mellan 10 och 22 mg C/L och halten löst organiskt kol mellan 6 och 9 mg C/L.
Slutsatser
Alla i VA-världen har i någon mening relation till recipienter och det är då klokt att känna till sjöarnas roll i växthusproblematiken. Artikeln vill särskilt lyfta fram CO2-fluxvariationen på korttidsbasis; timmar. Det mesta i artikeln förklaras av algproduktion i sjön, som ger ett rejält svängande pH-värde, ofta flera pH-enheter, vid hög solinstrålning. Likaså ger det minskande CO2-trycket i sjön vid algbildningen en minskad flux och parallellt höga syrehalter. Det är en bra kunskap att bära med sig vid sjö- och dammprovtagning: då algproduktionen är intensivast närmast ytan (solen), så är det klokt att mäta på flera djup för att finna det pH-värde eller den syrehalt som representerar större delen av sjövolymen.
Källa: Yang, Rongjie1,2), Xu, Zhen1), Liu, Shiliang2), Xu, Y. Jun1,3) (2019): Daily pCO2 and CO2 flux variations in a subtropical, mesotrophic shallow lake. Water Research, 153, pp 29-38.
Hela artikeln i Water Research finns att köpa här.
Författarna från:
School of Renewable Natural Resources, Louisiana State University Agricultural Center, Baton Rouge, LA 9A62BD76-41A4-418A-9B0C-999DD5AA2C01, USA
Korresponderande författare: yjxu@lsu.edu
