Hvorfor fallende snødekke kan indikere større miljøskade å komme

Klimaendringer konfronterer ofte bilder av varme, tørke og orkaner. Men ifølge den siste amerikanske nasjonale klimavurdering, utgitt 23. november 2018, har vintrene oppvarmet tre ganger raskere enn somrene i nordøst i de senere årene. Disse endringene gir også betydelige effekter.

Historisk sett har over 50 prosent av den nordlige halvkule hatt snødekke om vinteren. Nå varmere temperaturer reduserer dybden og varigheten av vinter snødekke. Mange antar at vinteren er en sovende tid for organismer i kalde klimaer, men flere tiår med forskning viser nå at vinterklimaforholdene - spesielt snowpack - er viktige regulatorer for helsen til skogsøkosystemene og organismer som bor i dem.

Spesielt har vårt arbeid i løpet av det siste tiåret vist at fallende snødekke kan påvirke trehelsen og redusere skogens evne til å filtrere luft og vann. Vår siste studie finner at fortsatt vinteroppvarming kan redusere snødæksel over det nordøstlige USA, noe som gir store nedgang i trevekst og skogsoppbevaring.

Snø som et teppe

Vi studerer nordlige hardwood skoger, som domineres av sukker lønn, gul bjørk og amerikanske bøk og trener 85.000 kvadratkilometer, fra Minnesota og sør-sentrale Canada øst til kanadiske maritime provinser og nordøstlige USA. Disse skogene er kjent for sine livlige høstfarger. De genererer inntekter ved å tegne turister, turgåere, jegere og campere, og støtte tømmer- og lønnesirupindustrier. De gir også viktige økologiske tjenester, som for eksempel lagring av karbon og opprettholdelse av vann og luftkvalitet.

Når vinteren rammer denne regionen, med temperaturer som ofte dypper godt under frysing, trenger alle arter isolasjon for å klare seg. Trærøtter og jordorganismer som insekter er avhengige av dyp snowpack for beskyttelse mot kulde - et bokstavelig snekker av snø. Selv i under-null temperaturer, hvis snøen er tilstrekkelig dyp, kan jordene forbli ufrostret.

Seks tiår med forskning fra Hubbard Brook Experimental Forest i New Hampshire - en av de lengste løpsstudiene hvor som helst - viser at vinterens snøscooter er avtagende. Forskning utført av andre lærde indikerer at hvis denne trenden fortsetter, vil det øke sannsynligheten for jordfrysing-tine sykluser, med skadelige effekter på skogens helse.

Hvorfor nordlige skoger trenger snø

I mer enn 10 år har vi manipulert vintersnøppel på Hubbard Brook for å studere effektene av projiserte klimaendringer på nordlige skogskoger. På tidlig vinter løper vi utendørs etter hvert snøfall for å fjerne snø fra våre eksperimentelle tomter. Deretter analyserer vi hvordan det å miste dette isolerende lag påvirker trær og jord.

Vi har funnet ut at i tomter hvor vi fjerner snø, trenger frost en fot eller mer ned i jorden, mens den sjelden strekker seg mer enn to inches dypt i nærliggende referanseplott med uendret snøscooter. Og akkurat som fryse-tine-sykluser skaper potholes i bygater, slår jordfrysning og dreper trerøtter og ødelegger de som overlever.

Denne rotskaden utløser en kaskade av økologiske responser. Døde røtter dekomponerer og stimulerer tap av karbondioksid fra jorda. Trær tar opp færre næringsstoffer fra jord, akkumulerer det giftige elementet aluminium i bladene, og produserer mindre grenvekst. Nitrogen, et nøkkel næringsstoff, kan vaske ut av jord. Jordens insektssamfunn blir mindre rikelig og mangfoldig.

Faldende snøscooter påvirker treveksten

I vårt nyeste papir viser våre klima og hydrologiske modeller at skogsområdet over det nordøstlige USA som mottar isolerende midwinter snowpack kunne falle med 95 prosent innen 2100. I dag er 33 000 kvadrat miles skoger over det nordlige New York og New England har vanligvis snowpack i flere måneder om vinteren. Ved år 2100 kunne dette området krympe til et lapp mindre enn 2000 kvadratkilometer - omtrent en femtedel av størrelsen på Vermont.

Denne nedgangen vil utvilsomt skade ski- og snøscootervirksomhetene og eksponere nordøstlige veier til flere fryse-tine sykluser. Det vil også påvirke treveksten betydelig.

For å vurdere forholdet mellom snowpack og trevekst brukte vi en spesialisert hule borekrone kalt en inkrementborer for å fjerne halmformede trekjerner fra flere sukkerlønnsstammer. Hver av disse trærne opplevde enten naturlig vinter snøfarge eller fem påfølgende år hvor vi fjernet tidlig vinter snøpakk. Da vi slengte kjernene og så på dem under et mikroskop, avslørte de årlige vekstringer som vi kunne bruke til å forstå hvordan hvert tre reagerte på omgivelsene.

Innen bare de første to årene viste våre analyser 40 prosent nedgang i sukker lønn vekst fra tomter uten snowpack. Vekstnivåene forblir deprimert med 40 til 55 prosent de neste tre årene. Derimot var det ingen vekstnedgang i sukkerlønnetrærne i våre referanseområder hvor snødekte trær røtter midt på vinteren. Disse resultatene er sammenlignbare med rot mortalitet som andre forskere observert i et tidligere snøfreskseksperiment ved Hubbard Brook.

På Hubbard Brook kan sukkeraksler utgjøre mer enn halvparten av årlig akkumulering av skogbiomasse. Følgelig vil endringer i klimaet som reduserer vinterens snøscooter og øke jordfrysingen, kunne redusere skogsveksten i skogsregionen i Nord-Amerika med 20 prosent bare gjennom deres innvirkning på disse trærne. Men vi vet at gul bjørk også har rotskader som følge av jordfrysing, så vårt estimat for endringer i hele skogsveksten er sannsynligvis lav.

Kan varmere høysesongstemperaturer kompensere i det minste delvis for denne skaden ved å stimulere hastigheten på trevekst, som noen undersøkelser antyder? Meget lite arbeid har blitt gjort for å forstå hvordan skoger i sesongmessige snødekte regioner vil reagere på interaktive effekter av klimaendringer over årstider. For å bidra til å fylle dette gapet, etablerte vi klimaendringen over sesongeksperimentet på Hubbard Brook i 2013.

I dette prosjektet bruker vi gravede varmekabler til varm skogsjord med 9 grader Fahrenheit (5 grader Celsius) i snøfri sesongen fra april til november. Om vinteren bruker vi en kombinasjon av oppvarming med begravde varmekabler og snøfresning for å indusere fryse-tine-sykluser. Våre resultater så langt viser at rotskader og redusert trevekst forårsaket av vinterjordfrysning-tine sykluser ikke kompenseres av jordvarme i vekstsesongen.

Vårt arbeid viser hvor ofte overse endringer i vinterklima kan påvirke skogsøkosystemene. Å miste snøpakk kan redusere skogsvekst, karbonfiksering og næringstanker, noe som vil få viktige konsekvenser for klimaendringer og luft- og vannkvalitet hele året.

Denne artikkelen ble opprinnelig publisert på The Conversation av Andrew Reinmann og Pamela Templer. Les den opprinnelige artikkelen her.