L’inverno limnologico 2023-2024

 

L’inverno 2023-2024 è stato particolare per il lago, con le sue temperature miti e con un sensibile riscaldamento degli strati superficiali dell’acqua a partire da gennaio e per tutto febbraio. Inoltre e più importante ancora, sono mancati i normali periodi di forti venti freddi da settentrione, che in altri anni riescono a rimescolare il volume d’acqua del lago e ad arricchirlo fino in fondo di ossigeno.

Di un inverno così il Lago avrebbe bisogno

Alcuni effetti di questa situazione eccezionale sono illustrati nei grafici seguenti, elaborati a partire dai recenti monitoraggi dell’Associazione Lago di Bolsena.

Il primo grafico evidenzia che all’inizio dell’anno 2024, la “stratificazione” – la suddivisione del lago in strati distinti e stabili con temperature diverse - che si era formata nel corso del 2023, è rimasta intatta - si è indebolita e spostata a una notevole profondità (a circa 60 metri), ma non è stata interamente cancellata da un rimescolamento invernale delle acque. Inoltre, si osserva che la nuova stratificazione dovuta al riscaldamento delle acque superficiali nel 2024, è iniziata precocemente sovrapponendosi alla vecchia. Già nel mese di febbraio si osserva uno strato in superficie (”epilimnio”), con una temperatura di circa 11°C e uno spessore di circa 4,5 metri. Poco più profondo si trova uno strato di transizione (il “metalimnio”) spesso circa 4 metri, dove la temperatura scende rapidamente (ma comunque solo di un mezzo grado). Tra 8 metri e 50 metri poi, la temperatura continua a diminuire lentamente.

Visto l’assenza di forti venti capaci di sconvolgerlo, lo strato superficiale riscaldato è stato di una stabilità sufficiente per ostacolare scambi verticali di sostanze disciolte nell’acqua come ossigeno, nutrienti e altre. Solo questo strato è pienamente rimescolato, in contatto con l’atmosfera e quindi completamente ossigenato, le acque più profonde (“l’ipolimnio”) invece no. Come si vede nei grafici, nell’ipolimnio, nella sua parte tra 9 metri e 60 metri, assieme alla temperatura scende lentamente anche la concentrazione di ossigeno.

A una profondità di 60 metri si osserva il residuo della stratificazione dell’anno 2023, che separa efficacemente la parte superiore dell’ipolimnio da quella inferiore, nel senso che impedisce scambi verticali nella colonna d’acqua. In tal modo, le acque a profondità più grandi, tra 60 metri e 128 metri, sono separate dalla superficie e prive della possibilità di ossigenarsi durante l’anno.

Grafico 1: Profilo della temperatura del lago (scala verticale a sinistra) in funzione della profondità il 19 febbraio 2024 (simboli arancioni) e il 20 febbraio 2022 (dopo rimescolamento completo, simboli blu). Linea rossa e linea viola: Gauss-fit alla derivata del profilo di febbraio 2024 (scala verticale a destra).

Il secondo grafico rappresenta la distribuzione dell’ossigeno disciolto nelle acque in funzione della profondità a febbraio e ad aprile 2024, confrontata con l’andamento tipico dopo un rimescolamento completo del lago (come è successo per esempio nell’anno 2022), dove temperatura e concentrazione di sostanze disciolte sono pressoché uguali a tutte le profondità, e dove non esistono quindi barriere alla totale circolazione dell’acqua con le sue sostanze disciolte in tutto il volume del lago. Durante tutto l’inverno scorso invece, la distribuzione dell’ossigeno mostra caratteristiche tipiche del periodo di massima stratificazione, con una lenta e continua diminuzione fino alla sua completa assenza (“anossia”) sul fondo, in uno strato di acqua spesso quattro metri. Questo strato è iniziato a formarsi a luglio 2023, aumentato di spessore fino a 7 metri a fine dicembre 2023, per diminuire a 4 metri a febbraio e sparire inizio aprile. Nel nostro lago non è mai stata osservata un’anossia che perdurava così a lungo e che si dissolveva soltanto ad aprile - e questo grazie piuttosto a una ridistribuzione dell’ossigeno nell’ipolimnio profondo che a un suo rifornimento dalla superficie.

Grafico 2: Profilo della concentrazione di ossigeno disciolto in funzione della profondità (in alto, scala a sinistra) e della concentrazione di clorofilla-a (in basso, scala a destra), il 19 febbraio 2024 (simboli arancioni), il 7 aprile 2024 (simboli verdi) e il 14 marzo 2022 (simboli blu)

 Nella curva della concentrazione dell’ossigeno nei primi 30 metri, il 7 aprile si nota un aumento con un massimo attorno alla posizione del metalimnio, la zona di transizione dallo strato superficiale con temperature alte (l’epilimnio) alle acque più profonde e più fredde (l’ipolimnio). Questo aumento è dovuto alla crescita del fitoplancton, molto intensa in primavera 2024 grazie all’abbondante presenza del fosforo, alle temperature miti e alla notevole irradiazione solare. Una parte di questa “boccata di ossigeno” raggiunge la superficie e viene rilasciata nell’aria; un’altra può diffondersi nelle acque più profonde.

La concentrazione del fitoplancton viene illustrata direttamente dalla misura concomitante della clorofilla-a (grafico 2, curve in basso). 

Tuttavia, l’effetto benefico della fotosintesi durerà poco, perché l’ossigeno disciolto nell’ipolimnio sarà consumato dai batteri che digeriscono le spoglie del fitoplancton mentre scendono verso il fondo, e dall’ossidazione di metaboliti reattivi come NH₃ e CH₄.

Da molti anni e con un’attenzione che cresce di anno in anno, la scienza mette in luce gli effetti del cambiamento climatico sull’ecologia dei laghi. L’inverno 2023-2024 illustra chiaramente i principali tratti della risposta dei laghi a questo cambiamento, che sono:

·     l’accentuarsi della stratificazione, per quanto riguarda la sua stabilità e la sua durata nell’anno, con un inizio anticipato,

·     la sovrapposizione di stratificazioni, isolando gli strati profondi dalla superficie,

·     la diminuzione della concentrazione di ossigeno nell’ipolimnio,

·     un’anossia sul fondolago che durerà più a lungo nel tempo e che interesserà uno strato di acqua sempre più spesso.

Questi effetti del cambiamento climatico si aggiungeranno a quelli dell’apporto eccessivo di nutrienti che osserviamo, anche quelli, da molti anni, con:

·     una generale diminuzione della concentrazione di ossigeno, soprattutto negli strati profondi,

·     la formazione di sostanze tossiche (NH₃, H₂S … ) e climalteranti (CH₄) nelle acque a basso contenuto di ossigeno,

·     un ulteriore aumento del carico di fosforo (in un ciclo a retroazione positiva), a causa della diminuzione della capacità netta dei sedimenti di fondolago di sequestrarlo.

A lungo termine, tutti questi fenomeni e meccanismi possono indurre cambiamenti irreversibili nell’ecologia del lago, per esempio nella struttura delle comunità degli organismi acquatici e delle reti trofiche, con un crescente rischio per la biodiversità e i servizi ecosistemici che ci dona il lago.

Vogliamo citarne solo un esempio – i cambiamenti che si profilano per l’habitat del “nostro” coregone, che predilige acque pulite, ben ossigenate e fresche. Trova il suo habitat ottimale nelle acque del lago che, dopo un rimescolamento invernale completo, hanno una temperatura attorno a 9°C e sono sature di ossigeno. Con l’avanzare delle stagioni, il coregone evita le acque riscaldate dell’epilimnio e le acque impoverite in ossigeno sul fondo, poiché inizia a soffrire a una concentrazione inferiore a 6 mg/l: il suo spazio vitale man mano si restringe. Oggi (inizio maggio 2024) trova condizioni ideali di temperatura e ossigeno soltanto tra 20 metri e 60 metri di profondità, e questa “finestra” si ridurrà ancora durante l’anno, con il rischio che il coregone in questo spazio ristretto non possa trovare le condizioni necessarie a soddisfare tutte le altre sue esigenze vitali.