La stratification des couches profondes contrôle l’hypoxie au fond des lacs alpins sous couverture de glace.

Publié le 27 mars 2023, cet article étudie les mécanismes qui contrôlent la diminution de l’oxygène dissous au fond des lacs alpins couverts de glace en hiver. À partir de séries temporelles à haute résolution dans 14 lacs du réseau lacs sentinelles, les auteurs montrent que la durée de l’hypoxie varie fortement selon les lacs et les années, et qu’elle dépend principalement du taux de consommation de l’oxygène près du fond, plutôt que de la durée de l’englacement ou de l’oxygène initial. Cette dynamique est majoritairement contrôlée par des processus physiques, en particulier le réchauffement des eaux profondes et la stratification proche du fond, plutôt que par des facteurs biogéochimiques. L’étude montre enfin que la clarté de l’eau en été influence fortement l’hypoxie hivernale et propose un cadre conceptuel pour anticiper l’évolution de ces phénomènes dans un contexte de réchauffement climatique.

Abstract 

In ice-covered lakes, near-bottom oxygen concentration decreases for most of the wintertime, sometimes down to the point that bottom waters become hypoxic. Studies insofar have reached divergent conclusions on whether climate change limits or reinforces the extent and duration of hypoxia under ice, raising the need for a comprehensive understanding of the drivers of the dissolved oxygen (DO) dynamics under lake ice. Using high-temporal resolution time series of DO concentration and temperature across 14 mountain lakes, we showed that the duration of bottom hypoxia under ice varies from 0 to 236 d within lakes and among years. The variability of hypoxia duration was primarily explained by changes in the decay rate of DO above the lake bottom rather than by differences in DO concentration at the ice onset or in the ice-cover duration. We observed that the DO decay rate was primarily linked to physical controls (i.e., deep-water warming) rather than biogeochemical drivers (i.e., proxies for lake or catchment productivity). Using a simple numerical model, we provided a proof-of-concept that the near-bed stratification can be the mechanism tying the DO decay rate to the sediment heat release under the ice.

We ultimately showed that the DO decay rate and hypoxia duration are driven by the summer light climate, with faster oxygen decline found under the ice of clearer cryostratified alpine lakes. We derived a framework theorizing how the hypoxia duration might change under the ice of alpine lakes in a warmer climate.