Research Paper

Aquatic biota in hot water: thermal gradients in rheocrene hot spring discharges as analogues for the effects of climate warming

Le biote aquatique d'eau chaude: les gradients thermiques dans les rejets des sources chaudes rhéocrènes comme analogues des effets du réchauffement climatique

¹ Department of Environment and Science, Ecosciences Precinct, GPO Box 5078, Brisbane, Queensland 4001, Australia
² School of Earth and Environmental Sciences, University of Queensland, St Lucia, Queensland 4072, Australia
³ Australian Rivers Institute, Griffith University, 170 Kessels Road, Nathan, Queensland 4111, Australia
⁴ Climate Change Institute, The Australian National University, Canberra, Australian Capital Territory, Australia

^* Corresponding author: peter.negus@des.qld.gov.au

Received: 4 March 2020
Accepted: 4 December 2020

Abstract

Hot springs are characterised by water temperatures above 36.7 °C. Temperature decreases with distance in flow away from spring vents; this natural gradient provides a unique opportunity to investigate the influence of water temperature on aquatic biota. This study investigated the relationship between water temperature and the aquatic invertebrates and benthic diatoms in outflows from a hot spring complex in tropical north Queensland, Australia. Water temperature ranged from 62.7 °C at the vents to 26.0 °C at the location furthest downstream. Richness of benthic diatoms and aquatic invertebrates increased linearly in response to decreasing temperature, with no species present in the hot vents. Multivariate analysis showed that both community assemblages had a response to the temperature gradient. A drop in aquatic invertebrate richness and a change in assemblage composition occurred between 40 °C and 42 °C, indicating a threshold at this temperature. The nearby Einasleigh River has experienced several contemporary peaks in water temperature over 40 °C, which corresponds to this threshold level. The relationships indicate that consistent increases in water temperature expected under climate change could decrease biological richness and precipitate changes in the aquatic invertebrate and benthic diatom taxa of tropical aquatic ecosystems.

Résumé

Les sources chaudes sont caractérisées par des températures de l'eau supérieures à 36.70 °C. La température diminue avec l'éloignement des sources; ce gradient naturel offre une occasion unique d'étudier l'influence de la température de l'eau sur le biote aquatique. Cette étude a examiné la relation entre la température de l'eau, les invertébrés aquatiques et les diatomées benthiques dans les flux sortants d'un complexe de sources chaudes dans le nord tropical du Queensland, en Australie. La température de l'eau variait de 62.7 °C à la source à 26.0 °C à l'endroit le plus en aval. La richesse des diatomées benthiques et des invertébrés aquatiques a augmenté de façon linéaire en réponse à la baisse de la température, aucune espèce n'étant présente dans les sources chaudes. Une analyse multivariée a montré que les deux assemblages de communautés réagissaient au gradient de température. Une baisse de la richesse des invertébrés aquatiques et un changement dans la composition des assemblages se sont produits entre 40 °C et 42 °C, indiquant un seuil à cette température. La rivière Einasleigh toute proche a connu plusieurs pics contemporains de température de l'eau supérieurs à 40 °C, ce qui correspond à ce niveau seuil. Les relations indiquent que les augmentations constantes de la température de l'eau prévues dans le cadre du changement climatique pourraient diminuer la richesse biologique et précipiter des changements dans les taxons d'invertébrés aquatiques et de diatomées benthiques des écosystèmes aquatiques tropicaux.