Proč klesající sněhová pokrývka může indikovat větší škody na životním prostředí

Změna klimatu často vyvolává představy o teple, suchu a hurikánech. Podle posledního amerického Národního klimatického hodnocení, vydaného 23. listopadu 2018, se však v posledních letech třikrát rychleji oteplily zimy než léta na severovýchodě. Tyto změny mají také významný vliv.

Historicky více než 50 procent severní polokoule mělo v zimě sněhovou pokrývku. Teplejší teploty nyní snižují hloubku a trvání zimní sněhové pokrývky. Mnoho lidí předpokládá, že zima je spícím časem pro organismy v chladném podnebí, ale desetiletí výzkumu nyní ukazují, že zimní klimatické podmínky - zejména sněhový batoh - jsou důležitými regulátory zdraví lesních ekosystémů a organismů, které v nich žijí.

Naše práce za poslední desetiletí ukazuje, že klesající sněhová pokrývka může narušit zdraví stromů a omezit schopnost lesů filtrovat vzduch a vodu. Naše nejnovější studie zjistila, že pokračující oteplování v zimě by mohlo značně snížit sněhovou pokrývku na severovýchodě Spojených států, což by způsobilo velký pokles růstu stromů a ukládání uhlíku v lesích.

Sníh jako deka

Studujeme severní lesy z tvrdého dřeva, kterým dominuje javor cukrový, žlutá bříza a buky americké a rozpětí 85 000 čtverečních mil, od Minnesoty a jihovýchodní Kanady až po kanadské námořní provincie a severovýchodní Spojené státy. Tyto lesy jsou známé pro své živé barvy podzimu. Generují příjmy čerpáním turistů, turistů, lovců a táborníků a podporují průmysl dřeva a javorového sirupu. Poskytují také důležité ekologické služby, jako je skladování uhlíku a zachování kvality vody a ovzduší.

Když zima zasahuje do této oblasti, kdy teploty často klesají pod bod mrazu, každý druh potřebuje izolaci. Kořeny stromů a půdní organismy, jako je hmyz, se spoléhají na hluboký sněhový koš pro ochranu před chladem - doslovnou sněhovou pokrývkou. I při teplotách pod nulou, pokud je sníh dostatečně hluboký, mohou půdy zůstat nezmrazené.

Šest desetiletí výzkumu z experimentálního lesa Hubbardova potoka v New Hampshire - jedné z nejdéle probíhajících studií kdekoli - ukazuje, že zimní sníh se snižuje. Výzkum provedený jinými badateli ukazuje, že pokud tento trend bude pokračovat, zvýší se pravděpodobnost cyklů zmrazování-rozmrazování půdy se škodlivými účinky na zdraví lesů.

Proč severní lesy potřebují sníh

Již více než 10 let jsme manipulovali zimní sněhový batoh v Hubbard Brook, abychom se mohli zabývat vlivem předpokládané změny klimatu na lesy severního tvrdého dřeva. Na začátku zimy jsme se po každém sněžení vydali ven, abychom odstranili sníh z našich experimentálních ploch. Pak analyzujeme, jak ztrácí tato izolační vrstva vliv na stromy a půdu.

Zjistili jsme, že na plochách, kde odstraňujeme sníh, proniká mrazem noha nebo více dolů do půdy, zatímco v okolních referenčních pozemcích s nezměněným sněhovým svahem se zřídka rozkládá více než dva palce hluboko. A stejně jako cykly zmrazování-rozmrazování vytvářejí výmoly v ulicích města, půda zamrzá a odumírá kořeny stromů a poškozuje ty, kteří přežijí.

Toto poškození kořenů vyvolává kaskádu ekologických reakcí. Mrtvé kořeny rozkládají a stimulují ztráty oxidu uhličitého z půdy. Stromy zabírají méně půdy z půdy, hromadí toxický prvek hliníku v listech a produkují méně růstu větví. Dusík, který je klíčovou živinou, se může vymýt z půdy. Půdní hmyz se stává méně hojným a různorodým.

Klesající sníh ovlivňuje růst stromů

Naše nejnovější klimatické a hydrologické modely ukazují, že plocha lesů napříč severovýchodními Spojenými státy, které dostávají izolační sněhovou pokrývku, by mohla do roku 2100 klesnout o 95%. Anglie má obvykle v zimě několik měsíců sníh. Do roku 2100 by se tato oblast mohla zmenšit na plochu menší než 2000 čtverečních mil - asi pětinu velikosti Vermontu.

Tento pokles nepochybně poškodí odvětví lyžování a sněžných skútrů a vystaví severovýchodní silnice více cyklům zmrazení-rozmrazení. Také významně ovlivní růst stromů.

Pro posouzení vztahu mezi sněhem a růstem stromů jsme použili specializovaný dutý vrták nazývaný inkrementový vrták pro odstranění dřevěných jader slámy z několika stonků cukrového javoru. Každý z těchto stromů zažil buď přírodní zimní sníh, nebo pět po sobě jdoucích let, ve kterých jsme odstranili zimní zimní sněhový batoh. Když jsme sebrali jádra a prohlíželi je pod mikroskopem, odhalili roční růstové prstence, které jsme mohli použít k pochopení toho, jak každý strom reagoval na své prostředí.

Během prvních dvou let naše analýzy ukázaly 40% pokles růstu javoru cukrového z pozemků bez sněhu. Míra růstu zůstala v následujících třech letech snížena o 40 až 55 procent. Naproti tomu na našich referenčních plochách, kde jsou kořeny zasněžených stromů ve středním lese, nedošlo k žádnému poklesu růstu javorů cukrového. Tyto výsledky jsou srovnatelné s úmrtností kořenů, které ostatní výzkumníci pozorovali v dřívějším experimentu s odstraňováním sněhu na Hubbard Brook.

U Hubbardova potoka mohou cukrové javory tvořit více než polovinu roční akumulace lesních biomas. Změny klimatu, které snižují zimní sníh a zvyšují zamrzání půdy, by tak mohly snížit tempo růstu lesů v oblasti severního lesního porostu o 20% jen díky jejich dopadům na tyto stromy. Víme však, že žlutá bříza také trpí poškozením kořenů v důsledku zamrznutí půdy, takže náš odhad změn v celém růstu lesů bude pravděpodobně nízký.

Mohly by teplejší růstové teploty přinejmenším částečně kompenzovat tuto škodu stimulací tempa růstu stromů, jak naznačuje některý výzkum? Velmi málo práce bylo vykonáno pochopit jak lesy v sezónně zasněžených oblastech budou reagovat na interaktivní účinky změny klimatu napříč ročním obdobím. Abychom tuto mezeru vyplnili, vytvořili jsme v Hubbard Brook v roce 2013 experiment Climate Change Across Seasons Experiment.

V tomto projektu používáme pohřbené topné kabely k zahřívání lesních půd o 9 stupňů Fahrenheita (5 stupňů Celsia) během období bez sněhu od dubna do listopadu. V zimě používáme kombinaci zahřívání s zapuštěnými topnými kabely a odhazováním sněhu, abychom navodili cykly zmrazení-rozmrazení půdy. Dosavadní výsledky ukazují, že poškození kořenů a snížený růst stromů způsobené zimními cykly zmrazování-rozmrazování půdy nejsou během vegetačního období kompenzovány oteplováním půdy.

Naše práce ukazuje, jak často přehlížené změny v zimním klimatu mohou mít dopad na lesní ekosystémy. Ztráta sněhu může snížit růst lesů, sekvestraci uhlíku a retenci živin, což bude mít významný dopad na změnu klimatu a kvalitu ovzduší a vody po celý rok.

Tento článek byl původně publikován na The Conversation Andrew Reinmann a Pamela Templer. Přečtěte si originální článek zde.