Analysis of greenhouse gas fluxes and impacts from surroundings on turbulence above a small Swedish lake

Ökad växthuseffekt har länge varit i fokus för dess inverkan på framtida klimat. Det är i huvudsak mänskliga utsläpp som är orsaken till ökade mängder växthusgaser i atmosfären och stora ansträngningar görs för att utsläppen på sikt ska minska. I klimatmodeller beskrivs växthusgasbalansen utifrån både mänsklig och naturlig påverkan. Förståelsen för naturlig påverkan har länge varit begränsad och mer forskning behövs inom området. Flera studier visar på att sötvattensystem (sjöar, vattendrag osv.) avger växthusgaser som koldioxid, CO2 och metan, CH4, i större proportioner än vad som tidigare varit känt. Denna studie syftade till att undersöka CO2 och CH4-flöden från Erssjön i Skogaryd, Västergötland (en typisk svensk skogssjö) och få förståelse för hur den omgivande skogen påverkar såväl flöden som turbulens (utbyteskoefficienter) över sjön. Dessa resultat skulle jämföras med tidigare studier från den betydligt större sjön Tämnaren i norra Uppland. Resultaten visar på ett upptag av CO2 som en följd av fotosyntes hos skogen under dagtid, vilket leder till slutsatsen att omgivande skog påverkar växthusgasflödena. En ökning av både CO2 och CH4-flöden över sjön var tydlig nattetid, vilket enligt tidigare studier beror på konvektion i vattnet (liknande resultat för Tämnaren). Ökningen är speciellt utmärkande för CH4-flöden, vilket tros bero på att konvektionen ökar omblandningen och därmed löser upp sedimenterat CH4 och inducerar flerCH4-bubblor. Det sistnämnda kan styrkas med denna studie eftersom svaga vindar (1-2 m/s) varit dominerande i nattmätningarna och därmed har vindpåverkan på flödena varit låg. Resultaten visade likt Tämnaren att omgivningen påverkar turbulensen över sjön. Turbulensen uppstår troligen till följd av friktion vid skogskanten snarare än inverkan från hela skogsomgivningen, då beräknade utbyteskoefficienter inte visade på några större skillnader i spridning när endast data från sjön fanns representerade. Sammanfattningsvis är det intressant att i vidarestudier göra turbulensmätningar runt sjön för att sedan undersöka eventuella samband med utbyteskoefficienter och växthusgasflöden.Increasing amounts greenhouse gases and its impacts on future climate has been in focus quite some time. The increase is mainly due human sources, and hugh efforts to decrease the emissions are made continuously. Climate models describe the greenhouse gas balance including both human and natural sources. In contrast to human sources, knowledge about natural sources is limited and requires further investigations. Recent studies show that greenhouse gases, such as Carbon dioxid, CO2, and methane, CH4, are emitted from freshwater systems (lakes, rivers etc.) in much larger proportions than what has been estimated earlier. The purpose of this study was to analyze CO2 and CH4 fluxes from a small lake with forest surroundings in southwestern Sweden, and also investigate if the forest affects both fluxes and turbulence (exchange coefficients) above the lake. The results from this study were to be compared with studies of a much larger lake (in eastern Sweden) but with similar surroundings. Results from the present study show an uptake of CO2 due to photosynthesis in the forest during daytime, leading to the conclusion that the surrounding forest affects the greenhouse gas fluxes. Both CO2 and CH4 fluxes increased above the lake during nighttime. According to similar studies (e.g. the larger lake in eastern Sweden), increased nighttime fluxes is an effect of increased convection in the water. The diurnal differences is most distinctive for CH4 fluxes. As suggested in earlier studies, the convection increases mixing in the water, dissoliving sedimented CH4 and inducing ebullition. In this study, low windspeed (1-2 m/s) dominated the nighttime measurements suggesting that ebullition is the main source of increased CH4 fluxes since wind-effects on the fluxes were low. Like the larger lake in eastern Sweden, results in this study indicate that the surroundings affect the turbulence above the lake. A large distribution in the calculated exchange coefficients that doesn’t decrease when only data above the lake is represented, suggests that turbulence above the lake is induced by friction at the forest edge, rather than the whole forest surroundings. Additional turbulence measurements around the lake for comparing with exchange coefficients and greenhouse gas fluxes could be of interest for future studies