Hvorfor faldende sne dækning kan indikere større miljøskade at komme

Klimaændringer fremkalder ofte billeder af varme, tørke og orkaner. Men ifølge den seneste amerikanske nationale klimatovurdering, udgivet den 23. november 2018, har vintrene opvarmet tre gange hurtigere end somrene i nordøst i de seneste år. Disse ændringer har også betydelige virkninger.

Historisk set har over 50 procent af den nordlige halvkugle haft snedække om vinteren. Nu varmere temperaturer reducerer dybden og varigheden af ​​vinter sne dækning. Mange mennesker antager, at vinteren er en sovende tid for organismer i kolde klimaer, men årtier med forskning viser nu, at vinterklimaforholdene - især snowpack - er vigtige regulatorer for skovøkosystemers sundhed og organismer, der lever i dem.

Vores arbejde i løbet af det sidste årti viser især, at faldende snedække kan forringe træhelsen og reducere skovernes evne til at filtrere luft og vand. Vores seneste undersøgelse konstaterer, at den fortsatte vinteropvarmning i høj grad kan reducere snedækket i det nordøstlige USA, hvilket medfører store fald i trævækst og kulstofopbevaring.

Sne som et tæppe

Vi studerer nordlige hårdttræskove, der domineres af sukker ahorn, gule birk og amerikanske bøg og spænder over 85.000 kvadratkilometer, fra Minnesota og sydøstlige Canada øst til de kanadiske maritime provinser og det nordøstlige USA. Disse skove er berømt for deres livlige efterår farver. De genererer indtægter ved at tegne turister, vandrere, jægere og campister og støtte træ- og ahornsirupindustrier. De giver også vigtige økologiske tjenester, som f.eks. Opbevaring af kulstof og vedligeholdelse af vand og luftkvalitet.

Når vinteren rammer denne region, med temperaturer, der ofte dypper godt under frysning, har hver art brug for isolering til at klare. Trærødder og jordorganismer som insekter er afhængige af dyb snowpack for beskyttelse mod kulde - et bogstaveligt snedække. Selv i sneen er det tilstrækkeligt dybt, kan jordbunden forblive ufrostret.

Seks årtier af forskning fra Hubbard Brook Experimental Forest i New Hampshire - en af ​​de længste løbsstudier overalt - viser, at vintersnækken er faldende. Forskning udført af andre lærde indikerer, at hvis denne tendens fortsætter, vil det øge sandsynligheden for jordfrysning-optøningcykler med skadelige virkninger på skovhelsen.

Hvorfor nordlige skove har brug for sne

I mere end 10 år har vi manipuleret vinteren snowpack på Hubbard Brook for at studere virkningerne af de forventede klimaændringer på de nordlige hårdttræskove. Om vinteren løber vi udendørs efter hvert snefald for at fjerne sne fra vores eksperimentelle tomter. Så analyserer vi, hvordan taber dette isolerende lag påvirker træer og jord.

Vi har fundet ud af, at i plotter, hvor vi fjerner sne, trænger frost ned i en fod eller mere ned i jorden, mens den sjældent strækker sig mere end to inches dybt i nærliggende referenceplotter med uændret snowpack. Og lige som fryse-optølscykler skaber potholes i byens gader, slår jordfrysning af og dræber trærødder og beskadiger dem, der overlever.

Denne rodskader udløser en kaskade af økologiske reaktioner. Døde rødder nedbrydes og stimulerer tab af kuldioxid fra jorden. Træer optager færre næringsstoffer fra jorden, akkumulerer det giftige element aluminium i deres blade og producerer mindre grenvækst. Nitrogen, et nøgle næringsstof, kan vaskes ud af jordbunden. Jordens insektssamfund bliver mindre rigelige og forskelligartede.

Faldende snowpack påvirker træ vækst

I vores seneste papir viser vores klima og hydrologiske modeller, at skovområderne i det nordøstlige USA, der modtager isolerende midwinter snowpack, kunne falde med 95 procent inden år 2100. I dag er 33.000 kvadrat miles af skove på tværs af det nordlige New York og New England har typisk snowpack i flere måneder om vinteren. I år 2100 kunne dette område skrumpe til en plaster mindre end 2.000 kvadratkilometer - omkring en femtedel af størrelsen af ​​Vermont.

Denne nedgang vil utvivlsomt skade skisport- og snescootervirksomhederne og udsætte nordøstlige veje for flere fryse-optøningscykler. Det vil også påvirke trævæksten betydeligt.

For at vurdere forholdet mellem snowpack og trævækst, brugte vi en specialiseret hulboring kaldet en stigningsborer for at fjerne halmformede trækerner fra flere sukker ahornstænger. Hvert af disse træer oplevede enten naturlig vinter snowpack eller fem på hinanden følgende år, hvor vi fjernede tidlig vinter snowpack. Da vi slibede kernerne og så dem under et mikroskop, afslørede de årlige vækstringer, som vi kunne bruge til at forstå, hvordan hvert træ svarede på sit miljø.

Inden for de første to år viste vores analyser et fald på 40 procent i sukker ahorn vækst fra plots uden snowpack. Vækstgraderne forblev deprimeret med 40 til 55 procent i løbet af de næste tre år. Derimod var der ingen vækstnedgang i sukker ahorntræerne i vores referenceplotter, hvor snedækkede træer rødder i midwinter. Disse resultater er sammenlignelige med roddødelighed, som andre forskere observerede i et tidligere snerydningseksperiment ved Hubbard Brook.

På Hubbard Brook kan sukkeraksler tegne sig for mere end halvdelen af ​​den årlige akkumulering af skovbiomasse. Følgelig vil ændringer i klimaet, der reducerer vinteren sneppe og øge jordfrysning, reducere skovvækstraten i den nordlige hårdttræskovregion med 20 procent lige gennem deres indvirkning på disse træer. Men vi ved, at gul birk også lider rodskader som følge af jordfrysning, så vores estimat for ændringer i hel skovvækst er sandsynligvis lav.

Kan varmere vækstsæson temperaturer kompensere i det mindste delvist for denne skade ved at stimulere trækvæksten, som nogle undersøgelser antyder? Meget lidt arbejde er gjort for at forstå, hvordan skovene i sæsonmæssigt snedækkede regioner vil reagere på interaktive virkninger af klimaændringer på tværs af årstider. For at hjælpe med at udfylde dette hul etablerede vi klimaforandringen over årstidsforsøg på Hubbard Brook i 2013.

I dette projekt bruger vi gravede varmekabler til varm skovjord med 9 grader Fahrenheit (5 grader Celsius) i snefrit årstid fra april til november. Om vinteren bruger vi en kombination af opvarmning med nedgravede varmekabler og sneskovl for at fremkalde jordfrysning-optøningscykler. Vores resultater hidtil viser, at rodskader og reduceret trævækst forårsaget af vinterjordfrysning-optøningscykler ikke kompenseres af jordvarme i vækstsæsonen.

Vores arbejde viser, hvor ofte oversete ændringer i vinterklimaet kan påvirke skovøkosystemerne. At miste snowpack kan reducere skovvækst, kulstofsekventering og næringsreservering, som vil have vigtige konsekvenser for klimaændringer og luft- og vandkvalitet året rundt.

Denne artikel blev oprindeligt udgivet på The Conversation af Andrew Reinmann og Pamela Templer. Læs den oprindelige artikel her.