Kodėl mažėjanti sniego danga gali sukelti didesnę žalą aplinkai

Klimato kaita dažnai sukelia šilumos, sausros ir uraganų vaizdus. Tačiau pagal naujausią JAV nacionalinį klimato vertinimą, išleistą 2018 m. Lapkričio 23 d., Žiemos pastaraisiais metais šiaurės rytų regione tris kartus greičiau pašildė. Šie pokyčiai taip pat daro didelį poveikį.

Istoriškai, daugiau kaip 50 proc. Šiaurinio pusrutulio žiemą turėjo sniego dangą. Šiltesnės temperatūros sumažina žiemos sniego dangos gylį ir trukmę. Daugelis žmonių daro prielaidą, kad žiema yra ramybės laikotarpis organizmams šalto klimato sąlygomis, tačiau dešimtmečių tyrimai rodo, kad žiemos klimato sąlygos, ypač sniego danga, yra svarbūs miškų ekosistemų ir jose gyvenančių organizmų sveikatos reguliatoriai.

Visų pirma, mūsų darbas per pastarąjį dešimtmetį rodo, kad mažėjanti sniego danga gali pakenkti medžių sveikatai ir sumažinti miškų gebėjimą filtruoti orą ir vandenį. Naujausiame tyrime nustatyta, kad tęsiantis žiemos atšilimas gali labai sumažinti sniego dangą Jungtinėse Amerikos Valstijose, sukeldamas didelį medžių augimo ir miško anglies saugojimo sumažėjimą.

Sniegas kaip antklodė

Mes tiriame šiaurinius kietmedžio miškus, kuriuose vyrauja cukraus klevas, geltona beržas ir amerikietiški buko medžiai ir 85 000 kvadratinių mylių, nuo Minesotos ir pietinės Centrinės Kanados į rytus iki Kanados jūrų provincijų ir šiaurės rytų JAV. Šie miškai garsėja savo ryškiomis rudens spalvomis. Jie generuoja pajamas pritraukdami turistus, keliautojus, medžiotojus ir stovyklininkus, remia medienos ir klevų sirupo pramonę. Jie taip pat teikia svarbias ekologines paslaugas, pvz., Anglies saugojimą ir vandens bei oro kokybės palaikymą.

Kai žiemą įeina į šį regioną, kai temperatūra dažnai smarkiai nukrinta žemiau užšalimo, kiekvienai rūšiai reikia izoliacijos. Medžių šaknys ir dirvožemio organizmai, pvz., Vabzdžiai, priklauso nuo gilaus sniego, kad apsaugotų nuo šalčio - pažodžiui sniego antklodė. Net ir esant žemai temperatūrai, jei sniegas yra pakankamai gilus, dirvožemis gali likti neužšalęs.

Šešių dešimtmečių „Hubbard Brook“ eksperimentinio miško tyrimų, atliktų viename iš ilgiausiai trunkančių studijų visame pasaulyje, rodo, kad žiemos sniego danga mažėja. Kitų mokslininkų atliktas tyrimas rodo, kad jei ši tendencija tęsis, padidės dirvožemio užšalimo-atšildymo ciklų, darančių žalingą poveikį miško sveikatai, tikimybė.

Kodėl reikia Šiaurės miškų?

Jau daugiau nei 10 metų mes manipuliavome žiemos sniego dėklu „Hubbard Brook“, kad ištirtume prognozuojamo klimato kaitos poveikį šiauriniams kietmedžio miškams. Pradedant žiemą, po kiekvieno sniego pradžios išvykstame lauke, kad iš mūsų eksperimentinių sklypų būtų pašalintas sniegas. Tada analizuojame, kaip prarasti šį izoliacinį sluoksnį paveikia medžius ir dirvą.

Mes nustatėme, kad sklypuose, kuriuose mes pašaliname sniegą, šalčio įsiskverbia į pėdą ar daugiau žemyn į dirvą, o retai tęsiasi daugiau nei du coliai giliai netoliese esančiuose referenciniuose sklypuose su nepakitusiu sniego krepšiu. Ir kaip tik šaldymo-atšildymo ciklai sukuria duobes miesto gatvėse, dirvožemio užšalimas susitraukia ir naikina medžių šaknis ir kenkia tiems, kurie išgyvena.

Ši šaknų žala sukelia ekologinių atsakymų kaskadą. Negyvosios šaknys skaidosi ir skatina anglies dioksido nuostolius iš dirvožemio. Medžiai užima mažiau dirvožemio maistinių medžiagų, jų lapuose kaupia toksiškus aliuminio elementus ir mažina šakų augimą. Azotas, pagrindinė maistinė medžiaga, gali išplauti dirvožemį. Dirvožemio vabzdžių bendruomenės tampa mažiau gausios ir įvairios.

Mažėjanti sniego danga veikia medžių augimą

Mūsų naujausiame dokumente mūsų klimatiniai ir hidrologiniai modeliai rodo, kad miškų plotas per šiaurės rytų Jungtines Amerikos Valstijas, kuri gauna izoliacinį vidurio žiemos sniegą, iki 2100 metų gali sumažėti 95 procentais. Šiandien 33 000 kvadratinių mylių miškų visoje Šiaurės Niujorke ir naujuose Anglija paprastai turi kelis mėnesius žiemą. Iki 2100 metų ši sritis gali susitraukti į pleistrą, mažesnį nei 2000 kvadratinių mylių - apie penktadalį Vermonto dydžio.

Šis nuosmukis neabejotinai pakenks slidinėjimo ir sniego motociklų pramonei ir pakels Šiaurės rytų kelius į daugiau užšalimo-atšildymo ciklų. Tai taip pat labai paveiks medžių augimą.

Norėdami įvertinti ryšį tarp sniego ir medžių augimo, mes naudojome specializuotą tuščiavidurį gręžtuvą, vadinamą prieauginiu gręžikliu, kad pašalintume šiaudų dydžio medines šerdis iš kelių cukraus klevo stiebų. Kiekvienas iš šių medžių patyrė arba natūralų žiemos sniegą, arba penkerius metus iš eilės, kai nuėmėme ankstyvą žiemą. Kai nušlifavome šerdis ir žiūrėjome juos į mikroskopą, jie atskleidė metinius augimo žiedus, kuriuos galėtume naudoti norėdami suprasti, kaip kiekvienas medis reagavo į jos aplinką.

Vos per pirmuosius dvejus metus mūsų analizė parodė, kad cukraus klevo augimas sumažėjo 40 proc. Augimo tempai per ateinančius trejus metus išliko 40–55 proc. Priešingai, cukraus klevų medžių augimas nedidėjo mūsų referenciniuose sklypuose, kuriuose sniego dengtos medžių šaknys buvo vidutinio ilgio. Šie rezultatai yra panašūs į šaknų mirtingumą, kurį kiti tyrėjai stebėjo ankstesniame sniego valymo eksperimente „Hubbard Brook“.

„Hubbard Brook“ cukraus klevai gali sudaryti daugiau nei pusę metinio miško biomasės kaupimo. Todėl klimato pokyčiai, mažinantys žiemą ir didinantį dirvožemio užšalimą, gali sumažinti miško augimo tempus šiaurinėje kietmedžio miško vietovėje 20 proc. Tačiau žinome, kad geltona beržas taip pat kenčia nuo šaknų pažeidimų, dėl kurių dirvožemio užšalimas, todėl mūsų prognozė dėl viso miško augimo pokyčių greičiausiai bus maža.

Ar šilumos augimo sezono temperatūra gali bent iš dalies kompensuoti šią žalą, skatindama medžių augimo tempus, kaip rodo kai kurie tyrimai? Labai mažai nuveikta siekiant suprasti, kaip sezoniškai sniego padengtų regionų miškai reaguoja į interaktyvų klimato kaitos poveikį per sezoną. Siekiant padėti užpildyti šią spragą, 2013 m. „Hubbard Brook“ įkūrėme klimatinių pokyčių eksperimentą.

Šiame projekte mes panaudojame palaidotus šildymo kabelius prie šilto miško dirvožemio 9 laipsnių pagal Celsijų (5 laipsnių Celsijaus) per sniego sezoną nuo balandžio iki lapkričio. Žiemą mes panaudojame šildymo derinius su palaidotais šildymo kabeliais ir sniego skustuvais, kad sukeltume dirvožemio užšalimo-atšildymo ciklus. Iki šiol mūsų rezultatai rodo, kad žiemos atšaldymo-atšildymo ciklų sukeltas šaknų pažeidimas ir sumažėjęs medžių augimas nėra kompensuojamas dirvožemio atšilimu auginimo sezono metu.

Mūsų darbas rodo, kaip dažnai nepastebėti žiemos klimato pokyčiai gali paveikti miškų ekosistemas. Praradusi sniego danga gali sumažinti miško augimą, anglies sekvestraciją ir maistinių medžiagų sulaikymą, kuris turės reikšmingą poveikį klimato kaitai, oro ir vandens kokybei ištisus metus.

Šis straipsnis iš pradžių buvo paskelbtas Andrew Reinmann ir Pamela Templer pokalbyje. Skaitykite originalų straipsnį čia.