Pokryte śniegiem góry nie tylko wyglądają majestatycznie – są niezbędne dla delikatnego ekosystemu, który istnieje od dziesiątek tysięcy lat. Woda spływająca z gór i topniejący śnieg spływa do strumieni, rzek, jezior i oceanów – a dziś około jedna czwarta świata jest zależna od tych naturalnych „wież ciśnień” w celu uzupełniania zbiorników znajdujących się w dolnym biegu rzeki i warstw wodonośnych wód podziemnych w miejskich wodociągach, nawadnianiu rolniczym, i wsparcie ekosystemu.
Ale ten cenny zasób słodkiej wody jest zagrożony zniknięciem. Planeta jest obecnie o około 1,1 stopnia Celsjusza (1,9 stopnia Fahrenheita) cieplejsza niż przed erą przemysłową, a górskie pokrywy śnieżne kurczą się. W zeszłym roku badanie prowadzone wspólnie przez Alana Rhoadesa i Ericę Siirila-Woodburn, naukowców z obszaru nauk o Ziemi i Środowisku Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab), wykazało, że jeśli globalne ocieplenie będzie kontynuowane zgodnie ze scenariuszem wysokich emisji, niskie za 35 do 60 lat zimy bez śniegu staną się regularnym zjawiskiem w pasmach górskich zachodnich Stanów Zjednoczonych.
Teraz, w niedawnym badaniu Nature Climate Change, zespół badawczy kierowany przez Rhoadesa odkrył, że jeśli globalne ocieplenie osiągnie około 2,5 stopnia Celsjusza w porównaniu z poziomem sprzed epoki przemysłowej, łańcuchy górskie na południowych szerokościach geograficznych, w szczególności region andyjski w Chile, staną w obliczu przyszłość od niskiego do zerowego śniegu w latach 2046-2051 – czyli 20 lat wcześniej niż pasma górskie na północnych szerokościach geograficznych, takie jak Sierra Nevada czy Góry Skaliste. (Od niskiego do zerowego śniegu występuje, gdy roczna maksymalna ilość wody zmagazynowanej w postaci pokrywy śnieżnej mieści się w najniższych 30% warunków historycznych przez dekadę lub dłużej.) Naukowcy odkryli również, że warunki od niskiego do zerowego śniegu pojawiłyby się w na południowych szerokościach geograficznych podczas jednej trzeciej ocieplenia niż na północnych szerokościach geograficznych.
„Te odkrycia są dość szokujące. Założyliśmy, że oba regiony na półkuli południowej i północnej zareagują podobnie na zmiany klimatu, a Andy będą bardziej odporne, biorąc pod uwagę ich wysokość” – powiedział Alan Rhoades, naukowiec zajmujący się hydroklimatem w Berkeley Lab’s Obszar Nauk o Ziemi i Środowisku oraz główny autor nowego badania. „To pokazuje, że nie każdy stopień ocieplenia ma taki sam efekt w jednym regionie, jak w innym”.
W innym ważnym odkryciu naukowcy dowiedzieli się, że taka przyszłość od niskiego do zerowego śniegu zbiega się z około 10% mniejszym spływem górskim na obu półkulach, w latach mokrych i suchych.
„Jeśli spodziewasz się 10% mniejszego odpływu, oznacza to, że co roku jest co najmniej 10% mniej wody dostępnej do uzupełniania zbiorników w miesiącach letnich, kiedy najbardziej potrzebują tego rolnictwo i ekosystemy górskie” – powiedział Rhoades.
Taki zmniejszony odpływ byłby szczególnie niszczycielski dla regionów rolniczych już wysuszonych przez wieloletnie susze.
Obecna susza w Kalifornii trwa już czwarty rok. Według US Drought Monitor ponad 94 procent stanu jest w stanie dotkliwej, ekstremalnej lub wyjątkowej suszy. Kurczące się zasoby wód gruntowych i studnie miejskie w całym stanie mają poważny wpływ na dolinę San Joaquin, rolnicze serce stanu.
A Chile – które co roku eksportuje około 30% swojej produkcji świeżych owoców, z czego większość jest wysyłana do Stanów Zjednoczonych – znajduje się w środku historycznej 13-letniej suszy.
Oszczędność śniegu i słodkiej wody poprzez ograniczenie emisji gazów cieplarnianych
Ale nowe badanie sugeruje również, że można zapobiec niskim lub zerowym śniegiem zarówno w północnych, jak i południowych pasmach górskich średnich szerokości geograficznych, jeśli globalne ocieplenie zostanie ograniczone do zasadniczo 2,5 stopnia Celsjusza (4,5 stopnia Fahrenheita) – stwierdzili naukowcy.
Ich analiza opiera się na modelach systemu ziemskiego, które symulują różne składniki klimatu, takie jak atmosfera i powierzchnia lądu, w celu określenia, w jaki sposób obieg wody w górach może się zmieniać w XXI wieku i jakie poziomy ocieplenia mogą spowodować powszechną i uporczywa przyszłość od niskiego do zerowego śniegu w całej Kordyliery Amerykańskiej – łańcuch pasm górskich obejmujących zachodni „kręgosłup” Ameryki Północnej, Ameryki Środkowej i Ameryki Południowej.
Naukowcy wykorzystali zasoby obliczeniowe w National Energy Research Scientific Computing Center (NERSC) w Berkeley Lab do przetwarzania i analizowania danych zebranych przez badaczy klimatu z całego świata za pośrednictwem KASKADY Departamentu Energii (kalibrowana i systematyczna charakterystyka, atrybucja i wykrywanie ekstremów) projekt. (Dane poanalizowe z badania są dostępne dla społeczności badawczej NERSC.)
Najbliższe temu, co Rhoades i jego zespół uważali za „epizodyczne warunki od niskiego do zerowego śniegu”, miały miejsce w Kalifornii w latach 2012-2016. Brak śniegu i susza w tych latach pokazały wrażliwość naszego zaopatrzenia w wodę i częściowo , doprowadziło do uchwalenia ustawy California Sustainable Groundwater Management Act, nowego podejścia do praktyk gospodarowania wodą i rolnictwem oraz obowiązkowych cięć wody, powiedział Rhoades
Utrzymujące się niskie lub zerowe opady śniegu (10 lat z rzędu) jeszcze się nie pojawiły, ale Rhoades powiedział, że zarządcy gospodarki wodnej już myślą o takiej przyszłości. „Współpracują z naukowcami, aby opracować strategie proaktywnego, a nie reaktywnego zarządzania zasobami wodnymi na wypadek najgorszych scenariuszy, jeśli nie będziemy w stanie ograniczyć emisji gazów cieplarnianych, aby uniknąć pewnych poziomów ocieplenia. Lepszą strategią byłoby jednak zapobieganie dalszemu ocieplenia poprzez ograniczenie emisji gazów cieplarnianych” – powiedział.
W przyszłych badaniach Rhoades planuje kontynuować badania i przeprowadzać symulacje nowego modelu systemu Ziemi w jeszcze wyższej rozdzielczości, „aby dać szerszy kontekst przestrzenny tego, kiedy i gdzie może wystąpić utrata śniegu i co ją powoduje” – powiedział, oraz zbadać, w jaki sposób każdy stopień utraty śniegu ocieplenie może zmienić inne kluczowe czynniki obiegu wody w górach, takie jak miejsce wyjścia na ląd i intensywność rzek atmosferycznych oraz reakcje ekosystemów górskich.
Planuje również kontynuować współpracę z zarządcami wód w ramach finansowanego przez Departament Energii projektu HyperFACETS, aby zidentyfikować sposoby lepszego przygotowania się na przyszłość z niskim lub zerowym śniegiem poprzez nowe strategie zarządzania, takie jak utwardzanie infrastruktury przed suszą i powodziami oraz zarządzanie warstwą wodonośną naładować.
Rhoades jest optymistą, powołując się na badania z innego badania przeprowadzonego przez Berkeley Lab, które wykazało, że osiągnięcie zerowej emisji netto dwutlenku węgla z energii i przemysłu do 2050 r.
„Wymaga to tylko woli i inicjatywy, aby zainwestować środki finansowe na poziomie pilności wymaganym przez zmiany klimatu, co oznacza, że musimy zacząć to robić już dziś” – powiedział.
Naukowcy z Desert Research Institute w Reno, Nevada; UC Berkeley; UC Davis; Kalifornijski Uniwersytet Stanowy, Long Beach; UC Irvine; Narodowe Centrum Badań Atmosfery; i Penn State University wzięły udział w badaniu.
Prace były wspierane przez DOE Office of Science oraz DOE Office of Biological and Environmental Research.
NERSC to obiekt użytkownika DOE Office of Science w Berkeley Lab.