Los lagos se han considerado centinelas del cambio climático. En las últimas décadas, el calentamiento global y el aumento de la aridez han provocado un incremento tanto en el número como en la gravedad de los incendios forestales. Esto tiene un impacto negativo en las cuencas lacustres, ya que reduce la cobertura forestal y desencadena efectos en cadena en los ecosistemas de agua dulce.

Los efectos del fuego van desde la pérdida de la vegetación en las cuencas hidrográficas hasta los efectos sobre la hidrología y la calidad del agua, la fertilidad del suelo y la complejidad y estabilidad de los ecosistemas (biodiversidad); con consecuencias para las comunidades (desde las microalgas hasta los peces), las redes tróficas y los procesos ecosistémicos (por ejemplo, el ciclo de los nutrientes, ciclos biogeoquímicos, producción primaria, toxicidad por metales pesados). Y esto, se puede producir a muchas escalas, espaciales y temporales.

Los incendios forestales no solo son motivo de preocupación por sus efectos inmediatos sobre la vegetación y el suelo, sino que también pueden tener un impacto considerable en la calidad de las aguas superficiales.

El fuego transforma materia viva combustible (es decir, biomasa y materia orgánica del suelo) en necromasa; cuyos materiales poseen diferentes propiedades químicas y físicas. Uno de estos materiales es la ceniza, que es el residuo particulado que queda, o se deposita en el suelo, y que está compuesto por materiales minerales y componentes orgánicos carbonizados. El depósito de cenizas también estimula la actividad microbiana y el crecimiento de la vegetación del suelo y de los productores primarios (algas y microalgas) en las masas acuáticas.

La cantidad y las características de las cenizas producidas durante un incendio forestal dependen principalmente de:

Las cenizas incorporadas al suelo aumentan temporalmente el pH y las reservas de los nutrientes principales del suelo y modifican propiedades físicas como el albedo, la textura y las propiedades hidráulicas, incluida la repelencia al agua.

Las cenizas modifican el comportamiento hidrológico del suelo al crear un sistema de dos capas; la superficial que contiene la carbonilla y las cenizas con menor capacidad de retención de agua, de conductividad hidráulica y mayor potencial para obstruir los poros del suelo, lo que produce una mayor compactación que favorece la escorrentía superficial hacia los cauces de materiales minerales y orgánicos carbonizados. Y también es responsable del lixiviado de las zonas quemadas hacia los acuíferos.

Las turberas y los fondos de valle turbosos son ecosistemas con cierta humedad edáfica, a veces incluso con masas de agua abierta, que en principio son menos suscpetibles al impacto de las llamas; ya que además la fracción aérea de materia orgánica suele ser baja. Sin embargo la combustión sin llama es un proceso muy grave que se produce sobre las masas de musgos muertos y los céspedes de gramíneas que allí habitan y que puede llegar a liberar también grandes cantidades de CO2 al aire con el humo. Y además constituye la pérdida de la su composición estructural y la gran cantidad de información del pasado que atesoran en su interior. Ya que contienen valiosos datos del clima pasado y de la actividad humana en su entorno durante los últimos milenios.

Para predecir la propagación potencial del fuego en diferentes tipos de turberas, sería necesario realizar muestreos de combustible y experimentos de propagación del fuego en diferentes condiciones de viento y humedad de la superficie de la turbera. En comparación con los bosques, la vegetación superficial de las turberas y, por lo tanto, su tipo de combustible, pueden cartografiarse más fácilmente mediante teledetección. Por ello es de esperar que en el futuro se puedan elaborar mapas detallados que predigan el potencial de propagación del fuego en estos valiosos humedales, como herramienta para las labores operativas de prevención y extinción de incendios

Las tormentas de alta intensidad tras los incendios aumentan la escorrentía que erosiona la ceniza y el suelo de los paisajes quemados y eleva drásticamente los niveles de turbidez, los nutrientes disueltos y el carbono orgánico disuelto (DOC) en las aguas superficiales, lo que puede causar problemas a corto plazo en las localidades próximas al incendio. A un ritmo mucho menor este proceso también se produce a través de la infiltración vertical en los acuíferos de los que dependen gran parte de las poblaciones mesetarias. Hay cada vez más pruebas de que los efectos sobre la calidad del agua pueden persistir debido a la lenta recuperación de la vegetación, y el nitrógeno y el DOC se mantienen elevados durante un promedio de 5 años (máximo hasta 15 años) después de un incendio de gran intensidad. El carbono orgánico, el fósforo y la turbidez aumentan significativamente en los primeros 5 años después del incendio, pero puede tardar entre 2 y 8 años en notarse plenamente el efecto, o a veces se necesita una tormenta lo suficientemente fuerte como para movilizar los contaminantes restantes. El nitrógeno y los sedimentos muestran aumentos notables hasta ocho años después del incendio.

Los resultados de los últimos estudios muestran que las cuencas hidrográficas tardan más en recuperarse después de los incendios forestales de lo que indicaban estudios anteriores.

Además de necromasa el fuego tiene como resultado la emisión gaseosa de gran cantidad de vapor de agua, de gases (por ejemplo CO2, CO u óxidos de nitrógeno) y de humos; que a su vez contiene parte de la ceniza producida en la combustión así como otras sustancias derivadas de la oxidación a altas temperaturas de la materia vegetal. Es este mecanismo el que produce su redistribución en el espacio de una manera impredecible, a veces a mucha distancia; y que puede llegar a afectar a los ecosistemas y los núcleos de población muy alejados del incendio.

Los humos producidos en los incendios forestales son una fuente conocida de compuestos aromáticos policíclicos (CAP), entre los que destacan los hidrocarburos aromáticos policíclicos (HAP), que desempeñan un papel importante en su formación y redistribución en los compartimentos terrestres y acuáticos. Las emisiones de HAP al medio ambiente provocadas por los incendios son motivo de gran preocupación debido a su toxicidad, alta persistencia y tendencia a la bioacumulación.

El transporte de materia desde el entorno terrestre a los arroyos y humedales a través de la lixiviación que producen las lluvias y la escorrentía superficial durante las tormentas parece ser el principal factor que determina los efectos de los incendios en la mayoría de los lagos. La combustión en sí misma altera en gran medida la estructura física y química de los suelos; y además, la mortalidad de los árboles reduce la evaporación y acentúa la erosión de la lluvia sobre el terreno, lo que provoca que se transporte más agua desde el suelo a los lagos.
Se ha comprobado que el impacto de los incendios parece ser proporcional a su gravedad (superficie cubierta) y su intensidad (el calor). Y por lo tanto, en aquellos incendios demasiado calientes (la temperatura supera los 450 °C) pueden provocar que el material del suelo se convierta literalmente en humo en lugar de ser transportado a los lagos.

Las columnas de humo resultantes pueden viajar cientos o miles de kilómetros, reflejando o dispersando la luz solar y depositando partículas en los ecosistemas.

Las investigaciones realizadas demuestran que la solubilidad de la materia orgánica, el carbono y nitrógeno liberados por los suelos calentados a 225-350 °C, incluye proporciones más elevadas de estructuras aromáticas condensadas, como carbono negro y nitrógeno negro. La degradación de la calidad del agua a corto plazo tras los incendios y de la turbidez tras las tormentas puede obligar a cerrar las plantas de tratamiento de agua o puede suponer el encarecimiento del proceso de filtración, floculación y clarificación que necesita el agua potable que se suministra en las redes urbanas.

En casos extremos, se han depositado hasta 20 centímetros de cenizas en lagos cercanos a incendios de alta intensidad. Los estudios sugieren que los efectos de estos depósitos de cenizas en los lagos se detectan a corto plazo. Y pueden perdurar desde unos pocos días hasta varios meses, dependiendo del tiempo que tarde el agua del lago en renovarse.

La pérdida neta de CO₂ asociada a la respiración del suelo y la biomasa puede alcanzar 150 g/cm durante el primer año, y los ecosistemas calcinados no comienzan a mostrar una absorción neta de CO₂ (producción primaria, fotosíntesis neta) hasta tres años después del incendio. Algunos elementos (por ejemplo, Ca, S) muestran habitualmente aumentos ecológicamente relevantes en la exportación fluvial y la concentración, con grandes picos en el período inmediatamente posterior al incendio. La dinámica temporal de las concentraciones en los arroyos (Ca²⁺, Mg²⁺, K⁺ ,SO^-2₄ ,Cl^– ,NH₄⁺ , N orgánico total) sugiere la presencia de reservas de nutrientes de liberación más rápida y más lenta, con vidas medias de alrededor de 2 semanas y 4 meses, atribuibles a procesos de movilización mediados por factores fisicoquímicos y biológicos. Por lo general tres años después del incendio los flujos disueltos de nutrientes recuperan las condiciones previas al incendio, aunque sigue habiendo una liberación neta de CO₂.

Pero las columnas de humo resultantes pueden viajar cientos o miles de kilómetros, reflejando o dispersando la luz solar y depositando partículas en los ecosistemas. Solo en Canadá, en 2023, se emitieron a la atmósfera alrededor de 480 millones de toneladas (mt) de carbono (es decir, 1760 mt de CO₂) como resultado directo de la quema de árboles (y suelos) por los megaincendios forestales. Esta cantidad supera con creces las 708 mt de CO₂ emitidas por todas las actividades humanas en el país.