Prečo klesajúci snehový obal môže naznačovať väčšie škody na životnom prostredí

Zmena klímy často vyvoláva predstavy o horúčave, suchu a hurikánoch. Ale podľa najnovšieho US National Climate Assessment, vydaného 23. novembra 2018, sa zimy v posledných rokoch otepľovali trikrát rýchlejšie ako letá na severovýchode. Tieto zmeny majú tiež významný vplyv.

Historicky viac ako 50% severnej pologule malo v zime snehovú pokrývku. Teplejšie teploty znižujú hĺbku a trvanie zimného snehu. Mnohí ľudia sa domnievajú, že zimy sú pre organizmy v chladnom podnebí spiace, ale desaťročia výskumu teraz ukazujú, že zimné klimatické podmienky - najmä sneh - sú dôležitými regulátormi zdravia lesných ekosystémov a organizmov, ktoré v nich žijú.

Naša práca v poslednom desaťročí ukazuje, že klesajúca snehová pokrývka môže poškodiť zdravie stromov a znížiť schopnosť lesov filtrovať vzduch a vodu. Naša najnovšia štúdia zistila, že pokračujúce otepľovanie v zime by mohlo výrazne znížiť snehovú pokrývku v severovýchodných Spojených štátoch, čo by spôsobilo veľký pokles rastu stromov a ukladania uhlíka v lesoch.

Sneh ako deka

Študujeme severné lesy z tvrdého dreva, v ktorých dominujú javor cukrový, žltá breza, a buk americký a rozprestiera sa na ploche 85 000 štvorcových míľ, od Minnesoty a juhovýchodnej Kanady až po kanadské námorné provincie a severovýchodné Spojené štáty. Tieto lesy sú známe svojou žiarivou farbou pádu. Vytvárajú príjmy tým, že kreslia turistov, turistov, poľovníkov a kemperov a podporujú priemysel dreva a javorového sirupu. Poskytujú tiež dôležité ekologické služby, ako je uskladňovanie uhlíka a udržiavanie kvality vody a ovzdušia.

Keď zimy zasahujú do tohto regiónu, pričom teploty sa často ponoria hlboko pod bod mrazu, každý druh potrebuje izoláciu, aby sa vyrovnal. Korene stromov a pôdne organizmy, ako je hmyz, sa spoliehajú na hlboký snehový batoh na ochranu pred chladom - doslova prikrývkou snehu. Aj keď je sneh dostatočne hlboký, aj pri teplotách pod nulou, môže pôda zostať nezmrazená.

Šesť desaťročí výskumu z experimentálneho lesa Hubbard Brook v New Hampshire - jednej z najdlhších štúdií kdekoľvek - ukazuje, že zimný snehový sneh klesá. Výskum iných vedcov naznačuje, že ak bude tento trend pokračovať, zvýši sa pravdepodobnosť cyklov zmrazovania a rozmrazovania pôdy so škodlivými účinkami na zdravie lesov.

Prečo Severné lesy potrebujú sneh

Už viac ako 10 rokov sme manipulovali zimný snehový batoh v Hubbardovom potoku, aby sme preskúmali účinky predpokladanej zmeny klímy na lesy severného tvrdého dreva. Na začiatku zimy po každom snežení ideme von, aby sme odstránili sneh z našich experimentálnych plôch. Potom analyzujeme, ako strata tejto izolačnej vrstvy ovplyvňuje stromy a pôdu.

Zistili sme, že na plochách, kde odstraňujeme sneh, preniká mráz do pôdy alebo viac do pôdy, zatiaľ čo zriedkavo siaha viac ako dva palce hlboko v blízkych referenčných plochách s nezmeneným snehovým snehom. A rovnako ako cykly zmrazovania a rozmrazovania vytvárajú výmery v mestských uliciach, zdrsňuje pôdu a zabíja korene stromov a poškodzuje tie, ktoré prežijú.

Toto poškodenie koreňov spúšťa kaskádu ekologických reakcií. Mŕtve korene sa rozkladajú a stimulujú straty oxidu uhličitého z pôdy. Stromy zaberajú menej živín z pôdy, akumulujú toxický prvok hliníka v listoch a produkujú menej rastu vetiev. Dusík, kľúčová živina, sa môže vymyť z pôd. Spoločenstvá pôdneho hmyzu sa stávajú menej početnými a rôznorodými.

Klesajúci snehový vak ovplyvňuje rast stromov

V našom najnovšom dokumente naše klimatické a hydrologické modely ukazujú, že oblasť lesov naprieč severovýchodnými Spojenými štátmi, ktoré dostávajú izolačný snehový sneh v zimnom období, by sa mohla do roku 2100 znížiť o 95%. Anglicko má zvyčajne v zime snehový sneh niekoľko mesiacov. Do roku 2100 by sa táto oblasť mohla zmenšiť na náplasť menšiu ako 2 000 štvorcových míľ - približne jednu pätinu veľkosti Vermontu.

Tento pokles nepochybne poškodí priemysel lyžovania a snežných skútroch a vystaví severovýchodné cesty viac cyklom zmrazovania a rozmrazovania. Tiež významne ovplyvní rast stromov.

Na posúdenie vzťahu medzi snehom a rastom stromov sme použili špecializovaný dutý vrták nazývaný prírastkový vrták na odstránenie drevených jadier slamky z viacerých kmeňov javorového cukru. Každý z týchto stromov zažil buď prírodný zimný sneh, alebo päť po sebe idúcich rokov, v ktorých sme odstránili skorý zimný snehový batoh. Keď sme brúsili jadrá a prezerali ich pod mikroskopom, odhalili ročné rastové prstence, ktoré sme mohli použiť na pochopenie toho, ako každý strom reagoval na svoje prostredie.

V priebehu prvých dvoch rokov naše analýzy ukázali 40-percentný pokles rastu javorového cukru z pozemkov bez snehu. Miera rastu zostala v nasledujúcich troch rokoch znížená o 40 až 55%. Naproti tomu na našich referenčných plochách, kde sú korene stromov v zasnežených lesoch v zasnežených stromoch, nedošlo k poklesu rastu javorov. Tieto výsledky sú porovnateľné s úmrtnosťou koreňov, ktorú iní vedci pozorovali v skoršom experimente na odstraňovanie snehu na Hubbardovom Brook.

V Hubbardovom potoku môžu cukrové javory tvoriť viac ako polovicu ročnej akumulácie lesnej biomasy. Následkom toho zmeny klímy, ktoré znižujú zimný snehový sneh a zvyšujú zamrznutie pôdy, by mohli znížiť tempo rastu lesov v severnej oblasti lesného porastu o 20 percent len ​​vďaka ich vplyvu na tieto stromy. Vieme však, že žltá breza tiež trpí poškodením koreňov v dôsledku zamrznutia pôdy, takže náš odhad zmien v celom raste lesov bude pravdepodobne nízky.

Mohli by teplejšie teploty vegetačného obdobia aspoň čiastočne kompenzovať túto škodu stimuláciou rastu stromov, ako to naznačuje niektorý výskum? Veľmi málo práce sa vykonalo s cieľom pochopiť, ako budú lesy v oblastiach pokrytých sezónne zasnežovanými oblasťami reagovať na interaktívne účinky klimatických zmien v jednotlivých ročných obdobiach. Aby sme túto medzeru pomohli vyplniť, sme v Hubbard Brook v roku 2013 založili experiment Climate Change Across Seasons Experiment.

V tomto projekte používame podzemné vykurovacie káble na ohrev lesných pôd o 9 stupňov Fahrenheita (5 stupňov Celzia) počas obdobia bez snehu od apríla do novembra. V zime používame kombináciu otepľovania s zakopanými vykurovacími káblami a odhadzovaním snehu na vyvolanie cyklov zmrazovania a rozmrazovania pôdy. Naše doterajšie výsledky ukazujú, že poškodenie koreňov a znížený rast stromov spôsobený zimnými cyklami mrazu a rozmrazovania nie sú kompenzované otepľovaním pôdy počas vegetačného obdobia.

Naša práca ukazuje, ako často prehliadané zmeny v zime môžu ovplyvniť lesné ekosystémy. Strata snehu môže znížiť rast lesov, sekvestráciu uhlíka a zadržiavanie živín, čo bude mať významný vplyv na zmenu klímy a kvalitu ovzdušia a vody po celý rok.

Tento článok bol pôvodne publikovaný na The Conversation Andrew Reinmann a Pamela Templer. Prečítajte si pôvodný článok.