关于高山溪流如何工作的关键发现

关于高山溪流如何工作的关键发现

EPFL的一项研究促使科学家们重新思考一种用来计算山间溪流和大气之间气体交换速度的标准方法。在Vaud和Valais的河流中进行的研究表明，用于预测气体交换的方程基于低地河流的数据，平均比山区河流的实际气体交换速度低100倍。

这一发现将使科学家们能够开发出更精确的模型，来描述山涧在全球生物地球化学通量中所扮演的角色。考虑到超过30%的地球表面被山脉覆盖，这一发现的影响是巨大的。

在世界海洋、河流和湖泊等水生生态系统中，有许多水生生物，从细菌到鱼类，它们呼吸氧气，呼出二氧化碳。因此，这些气体必须不断地从大气“交换”到水，反之亦然。由于山间溪流经常流过陡峭的瀑布和崎岖的地形，这就造成了大量的湍流，导致气泡被困在水中，呈现出白色(又名“白水”)。这些气泡加速了气体交换。令人惊讶的是，当白浪出现在波涛汹涌的海面上时，同样的机制也在起作用。到目前为止，科学家们忽略了气泡的作用，用同样的方法来计算山间溪流和平静低地溪流的气体交换速度。

根据直觉，崎岖的地形会影响山间溪流的气体交换，但直到2016年才收集到证据来验证这一假设。当时，EPFL的研究人员在Vaud和Valais的山间溪流中安装了130多个环境传感器，以研究这种物理现象和相关的生物地球化学通量。为了尽可能准确地测量气体交换速度，SBER的科学家之一、该研究的第一作者安布尔·乌尔塞思(Amber Ulseth)等人在溪流中加入了少量氩作为示踪气体。氩是一种对水生生态系统无害的天然气体。

安布尔·乌尔塞斯和他的同事们在实验室里使用先进的分析方法，量化了河水中氩气的损失。接下来，他们模拟了示踪剂气体在水流中下游损失的气体交换速度。他们的研究结果表明，山地河流的气体交换速度平均比低陆地河流中类似示踪剂气体实验公式预测的速度高出100倍。

我们的发现具有重大意义。它们表明，在我们的生物地球化学模型中，我们一直低估了所有小而丰富的山间溪流的影响。这开辟了一条新的研究途径。他的实验室已经在研究这项研究的扩展，比如开发一个新的模型来预测全球山涧的二氧化碳排放量。