The highest densities of lakes on Earth are in north temperate ecosystems, where increasing urbanization and associated chloride runoff can salinize freshwaters and threaten lake water quality and the many ecosystem services lakes provide. However, the extent to which lake salinity may be changing at broad spatial scales remains unknown, leading us to first identify spatial patterns and then investigate the drivers of these patterns. Significant decadal trends in lake salinization were identified using a dataset of long-term chloride concentrations from 371 North American lakes. Landscape and climate metrics calculated for each site demonstrated that impervious land cover was a strong predictor of chloride trends in Northeast and Midwest North American lakes. As little as 1% impervious land cover surrounding a lake increased the likelihood of long-term salinization. Considering that 27% of large lakes in the United States have >1% impervious land cover around their perimeters, the potential for steady and long-term salinization of these aquatic systems is high. This study predicts that many lakes will exceed the aquatic life threshold criterion for chronic chloride exposure (230 mg L-1), stipulated by the US Environmental Protection Agency (EPA), in the next 50 y if current trends continue.

Species invasions can disrupt aquatic ecosystems by re-wiring food webs. A trophic cascade triggered by the invasion of the predatory zooplankter spiny water flea (Bythotrephes cederströmii) resulted in increased phytoplankton due to decreased zooplankton grazing. Here, we show that increased phytoplankton biomass led to an increase in lake anoxia. The temporal and spatial extent of anoxia experienced a step change increase coincident with the invasion. Anoxia was driven by phytoplankton biomass and stratification changes, and anoxic factor increased by 10 days. In particular, anoxia established more quickly following spring stratification. A shift in spring phytoplankton phenology encompassed both abundance and community composition. Diatoms (Bacillaryophyta) drove the increase in spring phytoplankton biomass, but not all phytoplankton community members increased, shifting the community composition. We infer that increased phytoplankton biomass increased labile organic matter and drove hypolimnetic oxygen consumption. These results demonstrate how a species invasion can shift lake phenology and biogeochemistry. Scientific significance statement Invasive species can affect aquatic ecosystems, often by disrupting food webs. We investigated whether the invasive predatory zooplankton spiny water flea could additionally impact the biogeochemistry of a lake, specifically hypolimnetic anoxia dynamics. Using 24 years of observations spanning a spiny water flea invasion that triggered a food web-mediated increase in phytoplankton, we found that increased spring phytoplankton coincided with an earlier onset of anoxia, thereby drawing a connection between a species invasion and a shift in lake oxygen dynamics. Data availability statement All data is publicly available through the Environmental Data Initiative via identifiers referenced in the methods. Scripts and data to reproduce the results are available on GitHub ( https://github.com/robertladwig/spinyAnoxia ) and in Rohwer et al. (2023). Author contributions RRR and RL co-led the entire manuscript effort and contributed equally. RL and RRR came up with the research question and conducted the statistical and numerical analyses: RL analysed the anoxia dynamics and related water quality variables, RRR analysed the phytoplankton community dynamics. RL, RRR, and HAD created figures and visualizations. PCH, JW and JVZ provided essential feedback to the analyses and the discussion of ecosystem implications. RRR and RL co-wrote the paper.

Abstract Record high temperatures were documented in the McMurdo Dry Valleys, Antarctica, on 18 March 2022, exceeding average temperatures for that day by nearly 30°C. Satellite imagery and stream gage measurements indicate that surface wetting coincided with this warming more than 2 months after peak summer thaw and likely exceeded thresholds for rehydration and activation of resident organisms that typically survive the cold and dry conditions of the polar fall in a freeze‐dried state. This weather event is notable in both the timing and magnitude of the warming and wetting when temperatures exceeded 0°C at a time when biological communities and streams have typically entered a persistent frozen state. Such events may be a harbinger of future climate conditions characterized by warmer temperatures and greater thaw in this region of Antarctica, which could influence the distribution, activity, and abundance of sentinel taxa. Here we describe the ecosystem responses to this weather anomaly reporting on meteorological and hydrological measurements across the region and on later biological observations from Canada Stream, one of the most diverse and productive ecosystems within the McMurdo Dry Valleys.

Abstract —J. Blunden and T. Boyer In 2023, La Niña conditions that generally prevailed in the eastern Pacific Ocean from mid-2020 into early 2023 gave way to a strong El Niño by October. Atmospheric concentrations of Earth’s major greenhouse gases—carbon dioxide, methane, and nitrous oxide—all increased to record-high levels. The annual global average carbon dioxide concentration in the atmosphere rose to 419.3±0.1 ppm, which is 50% greater than the pre-industrial level. The growth from 2022 to 2023 was 2.8 ppm, the fourth highest in the record since the 1960s. The combined short-term effects of El Niño and the long-term effects of increasing levels of heat-trapping gases in the atmosphere contributed to new records for many essential climate variables reported here. The annual global temperature across land and oceans was the highest in records dating as far back as 1850, with the last seven months (June–December) having each been record warm. Over land, the globally averaged temperature was also record high. Dozens of countries reported record or near-record warmth for the year, including China and continental Europe as a whole (warmest on record), India and Russia (second warmest), and Canada (third warmest). Intense and widespread heatwaves were reported around the world. In Vietnam, an all-time national maximum temperature record of 44.2°C was observed at Tuong Duong on 7 May, surpassing the previous record of 43.4°C at Huong Khe on 20 April 2019. In Brazil, the air temperature reached 44.8°C in Araçuaí in Minas Gerais on 20 November, potentially a new national record and 12.8°C above normal. The effect of rising temperatures was apparent in the cryosphere, where snow cover extent by June 2023 was the smallest in the 56-year record for North America and seventh smallest for the Northern Hemisphere overall. Heatwaves contributed to the greatest average mass balance loss for Alpine glaciers around the world since the start of the record in 1970. Due to rapid volume loss beginning in 2021, St. Anna Glacier in Switzerland and Ice Worm Glacier in the United States disappeared completely. In August, as a direct result of glacial thinning over the past 20 years, a glacial lake on a tributary of the Mendenhall Glacier in Alaska burst through its ice dam and caused unprecedented flooding on Mendenhall River near Juneau. Across the Arctic, the annual surface air temperature was the fourth highest in the 124-year record, and summer (July–September) was record warm. Smaller-than-normal snow cover extent in May and June contributed to the third-highest average peak tundra greenness in the 24-year record. In September, Arctic minimum sea ice extent was the fifth smallest in the 45-year satellite record. The 17 lowest September extents have all occurred in the last 17 years. In Antarctica, temperatures for much of the year were up to 6°C above average over the Weddell Sea and along coastal Dronning Maud Land. The Antarctic Peninsula also experienced well-above-average temperatures during the 2022/23 melt season, which contributed to its fourth consecutive summer of above-average surface melt. On 21 February, Antarctic sea ice extent and sea ice area both reached all-time lows, surpassing records set just a year earlier. Over the course of the year, new daily record-low sea ice extents were set on 278 days. In some instances, these daily records were set by a large margin, for example, the extent on 6 July was 1.8 million km 2 lower than the previous record low for that day. Across the global oceans, the annual sea surface temperature was the highest in the 170-year record, far surpassing the previous record of 2016 by 0.13°C. Daily and monthly records were set from March onward, including an historic-high daily global mean sea surface temperature of 18.99°C recorded on 22 August. Approximately 94% of the ocean surface experienced at least one marine heatwave in 2023, while 27% experienced at least one cold spell. Globally averaged ocean heat content from the surface to 2000-m depth was record high in 2023, increasing at a rate equivalent to ∼0.7 Watts per square meter of energy applied over Earth’s surface. Global mean sea level was also record high for the 12th consecutive year, reaching 101.4 mm above the 1993 average when satellite measurements began, an increase of 8.1±1.5 mm over 2022 and the third highest year-over-year increase in the record. A total of 82 named tropical storms were observed during the Northern and Southern Hemispheres’ storm seasons, below the 1991–2020 average of 87. Hurricane Otis became the strongest landfalling hurricane on record for the west coast of Mexico at 140 kt (72 m s −1 ), causing at least 52 fatalities and $12–16 billion U.S. dollars in damage. Freddy became the world’s longest-lived tropical cyclones on record, developing into a tropical cyclone on 6 February and finally dissipating on 12 March. Freddy crossed the full width of the Indian Ocean and made one landfall in Madagascar and two in Mozambique. In the Mediterranean Sea—outside of traditional tropical cyclone basins—heavy rains and flooding from Storm Daniel killed more than 4300 people and left more than 8000 missing in Libya. The record-warm temperatures in 2023 created conditions that helped intensify the hydrological cycle. Measurements of total-column water vapor in the atmosphere were the highest on record, while the fraction of cloud area in the sky was the lowest since records began in 1980. The annual global mean precipitation total over land surfaces for 2023 was among the lowest since 1979, but global one-day maximum totals were close to average, indicating an increase in rainfall intensity. In July, record-high areas of land across the globe (7.9%) experienced extreme drought, breaking the previous record of 6.2% in July 2022. Overall, 29.7% of land experienced moderate or worse categories of drought during the year, also a record. Mexico reported its driest (and hottest) year since the start of its record in 1950. In alignment with hot and prolonged dry conditions, Canada experienced its worst national wildfire season on record. Approximately 15 million hectares burned across the country, which was more than double the previous record from 1989. Smoke from the fires were transported far into the United States and even to western European countries. August to October 2023 was the driest three-month period in Australia in the 104-year record. Millions of hectares of bushfires burned for weeks in the Northern Territory. In South America, extreme drought developed in the latter half of the year through the Amazon basin. By the end of October, the Rio Negro at Manaus, a major tributary of the Amazon River, fell to its lowest water level since records began in 1902. The transition from La Niña to El Niño helped bring relief to the prolonged drought conditions in equatorial eastern Africa. However, El Niño along with positive Indian Ocean dipole conditions also contributed to excessive rainfall that resulted in devastating floods over southeastern Ethiopia, Somalia, and Kenya during October to December that displaced around 1.5 million people. On 5 September, the town of Zagora, Greece, broke a national record for highest daily rainfall (754 mm in 21 hours, after which the station ceased reporting) due to Storm Daniel; this one-day accumulation was close to Zagora’s normal annual total.

Abstract Stormwater ponds are common features in urbanized landscapes because they enhance flood reduction and nutrient retention. With shallow depths and high inputs of organic matter, these systems can be highly productive with rapid oxygen depletion when thermally stratified or ice‐covered. However, most of our understanding of the biogeochemistry of stormwater ponds comes from the open water period. We explored under‐ice oxygen dynamics in 20 stormwater ponds in Madison, WI (USA) that were ice covered from late December to early March to investigate the drivers of bottom water oxygen saturation and the impact on the accumulation of carbon dioxide (CO 2 ) and methane (CH 4 ). Winter anoxia was driven by ice transmissivity, winter nutrient concentrations, and precedent summer productivity. Oxygen depletion led to overall higher concentrations of greenhouse gases in pond surface waters. This research enhances our understanding of winter pond biogeochemistry and its links to summer productivity.