Waarom dalende sneeuwbedekking kan duiden op grotere milieuschade die komt

Klimaatverandering roept vaak beelden op van hitte, droogte en orkanen. Maar volgens de laatste Amerikaanse nationale klimaatbeoordeling, uitgebracht op 23 november 2018, hebben de winters in de afgelopen jaren drie keer sneller opgewarmd dan de zomers in het noordoosten. Deze veranderingen produceren ook aanzienlijke effecten.

Historisch gezien heeft meer dan 50 procent van het noordelijk halfrond sneeuw bedekt in de winter. Nu zorgen warmere temperaturen ervoor dat de diepte en de duur van de sneeuwlaag in de winter afneemt. Veel mensen nemen aan dat de winter een sluimerende tijd is voor organismen in koude klimaten, maar tientallen jaren van onderzoek tonen nu aan dat winterklimaatomstandigheden - met name snowpack - belangrijke regulatoren zijn van de gezondheid van bosecosystemen en organismen die erin leven.

In het bijzonder laat ons werk van het afgelopen decennium zien dat dalende sneeuwbedekking de gezondheid van de boom kan schaden en het vermogen van bossen om lucht en water te filteren, kan verminderen. Onze meest recente studie toont aan dat de aanhoudende winteropwarming de sneeuwbedekking in de noordoostelijke Verenigde Staten aanzienlijk zou kunnen verminderen, met als gevolg grote dalingen in de groei van bomen en bosopslag van koolstof.

Sneeuw als een deken

We bestuderen noordelijke hardhoutbossen, die worden gedomineerd door suikeresdoorn, gele berk en Amerikaanse beuken en 85.000 vierkante mijl beslaan, van Minnesota en zuid-centraal Canada van het oosten tot de Canadese maritieme provincies en de noordoostelijke Verenigde Staten. Deze bossen zijn beroemd om hun levendige herfstkleuren. Ze genereren inkomsten door toeristen, wandelaars, jagers en kampeerders te trekken en hout- en ahornsiroopindustrieën te ondersteunen. Ze bieden ook belangrijke ecologische diensten, zoals het opslaan van koolstof en het handhaven van de water- en luchtkwaliteit.

Wanneer de winter de regio binnendringt, met temperaturen die vaak tot ver beneden het vriespunt dalen, heeft elke soort isolatie nodig om het hoofd te bieden. Boomwortels en bodemorganismen zoals insecten vertrouwen op diep snowpack voor bescherming tegen kou - een letterlijk deken van sneeuw. Zelfs bij temperaturen onder het vriespunt, als de sneeuw voldoende diep is, kunnen de gronden niet worden bevroren.

Zes decennia onderzoek van het Hubbard Brook Experimental Forest in New Hampshire - een van de langstlopende studies overal ter wereld - tonen aan dat de winter snowpack afneemt. Onderzoek door andere wetenschappers geeft aan dat als deze trend aanhoudt, dit de kans op cycli van bevriezen en ontdooien van de grond verhoogt, met schadelijke gevolgen voor de gezondheid van bossen.

Waarom noordelijke bossen sneeuw nodig hebben

Al meer dan 10 jaar hebben we winter snowpack gemanipuleerd in Hubbard Brook om de effecten van geprojecteerde klimaatverandering op noordelijke hardhoutbossen te bestuderen. In de vroege winter trekken we naar buiten na elke sneeuwval om sneeuw van onze experimentele plots te verwijderen. Vervolgens analyseren we hoe het verliezen van deze isolerende laag de bomen en de bodem beïnvloedt.

We hebben ontdekt dat op percelen waar sneeuw wordt verwijderd, de vorst een voet of meer de grond indringt, terwijl deze zich zelden meer dan 2 inch diep uitstrekt in nabijgelegen referentieplots met onveranderde snowpack. En net zoals cycli van bevriezen en ontdooien gaten in de straten van de stad veroorzaken, schraapt aarde bevriezen en doodt boomwortels en beschadigt diegenen die overleven.

Deze wortelschade veroorzaakt een cascade van ecologische reacties. Dode wortels ontbinden en stimuleren kooldioxideverliezen uit de bodem. Bomen nemen minder voedingsstoffen uit de bodem op, accumuleren het toxische element aluminium in hun bladeren en produceren minder vertakkingen. Stikstof, een belangrijke voedingsstof, kan uit de grond worden gewassen. Bodemsectengemeenschappen worden minder overvloedig en divers.

Dalende Snowpack beïnvloedt de groei van bomen

In ons meest recente artikel laten onze klimaat- en hydrologische modellen zien dat het gebied van bossen in de noordoostelijke Verenigde Staten dat een isolerende midwinter snowpack ontvangt, tegen het jaar 2100 met 95 procent zou kunnen afnemen. Tegenwoordig is 33.000 vierkante kilometer aan bossen in het noorden van New York en New Engeland heeft in de winter meestal een aantal maanden snowpack. Tegen het jaar 2100 zou dit gebied kunnen krimpen tot een stuk kleiner dan 2000 vierkante mijl - ongeveer een vijfde van de grootte van Vermont.

Deze achteruitgang zal de ski- en sneeuwmobielindustrie ongetwijfeld schaden en de Noordoost-wegen blootstellen aan meer vorst-dooi cycli. Het zal ook de groei van bomen aanzienlijk beïnvloeden.

Om de relatie tussen snowpack en de groei van de bomen te beoordelen, hebben we een speciale holle boor gebruikt, een oplopende boor voor het verwijderen van stro-vormige houtkernen uit meerdere suiker-ahornstelen. Elk van deze bomen heeft ofwel een natuurlijke winter snowpack of vijf opeenvolgende jaren meegemaakt waarin we de vroege winter snowpack hebben verwijderd. Toen we de kernen schuren en bekeken onder een microscoop, onthulden ze jaarlijkse groeiringen die we konden gebruiken om te begrijpen hoe elke boom reageerde op zijn omgeving.

In slechts de eerste twee jaar lieten onze analyses een daling van 40 procent zien in de groei van suikersdoorn uit percelen zonder snowpack. De groeipercentages zijn de komende drie jaar met 40 tot 55 procent gedaald. Daarentegen was er geen afname van de groei in de suikeresdoornbomen op onze referentievelden, waar de wortels van de besneeuwde bomen halverwege de winter liggen. Deze resultaten zijn vergelijkbaar met de wortelsterfte die andere onderzoekers opmerkten in een eerder sneeuwverwijderingsexperiment in Hubbard Brook.

In Hubbard Brook kunnen suikerdesdoorns meer dan de helft van de jaarlijkse accumulatie van bosbiomassa uitmaken. Bijgevolg kunnen klimaatveranderingen die het sneeuwpakket in de winter verminderen en het bevriezen van de bodem verhogen de bosgroeicijfers in het noordelijke hardhoutbosgebied met 20 procent verminderen, alleen al door hun impact op deze bomen. Maar we weten dat gele berk ook wortelschade ondervindt als reactie op bevriezing van de bodem, dus onze schatting voor veranderingen in de totale bosgroei is waarschijnlijk laag.

Zouden warmere temperaturen in het groeiseizoen deze schade gedeeltelijk kunnen compenseren door de boomgroeipercentages te stimuleren, zoals sommige onderzoeken suggereren? Er is heel weinig werk verzet om te begrijpen hoe bossen in seizoensgebonden besneeuwde regio's zullen reageren op de interactieve effecten van klimaatverandering in verschillende seizoenen. Om dit gat te vullen, hebben we het Climate Change Across Seasons Experiment in Hubbard Brook in 2013 vastgesteld.

In dit project gebruiken we begraven verwarmingskabels om bosbodems te verwarmen met 9 graden Fahrenheit (5 graden Celsius) tijdens het sneeuwvrije seizoen van april tot november. In de winter gebruiken we een combinatie van opwarming met begraven verwarmingskabels en sneeuwscheppen om vries-dooi cycli in de grond te induceren. Onze resultaten tot nu toe laten zien dat wortelbeschadiging en verminderde boomgroei veroorzaakt door wintergrond-vries-dooi-cycli niet worden gecompenseerd door grondverwarming tijdens het groeiseizoen.

Ons werk laat zien hoe vaak over het hoofd geziene veranderingen in het winterklimaat van invloed kunnen zijn op bosecosystemen. Het verliezen van snowpack kan de groei van bossen, koolstofopslag en retentie van voedingsstoffen verminderen, wat het hele jaar door belangrijke gevolgen heeft voor de klimaatverandering en de lucht- en waterkwaliteit.

Dit artikel is oorspronkelijk gepubliceerd op The Conversation door Andrew Reinmann en Pamela Templer. Lees hier het originele artikel.