เหตุใดหิมะปกคลุมที่ลดลงอาจบ่งบอกถึงความเสียหายทางสิ่งแวดล้อมที่จะเกิดขึ้น

การเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศมักทำให้เกิดภาพความร้อนความแห้งแล้งและพายุเฮอริเคน แต่ตามการประเมินสภาพภูมิอากาศแห่งชาติล่าสุดของสหรัฐอเมริกาซึ่งเผยแพร่เมื่อวันที่ 23 พฤศจิกายน 2018 ฤดูหนาวได้อุ่นขึ้นเร็วกว่าฤดูร้อนในภาคตะวันออกเฉียงเหนือถึงสามเท่าในปีที่ผ่านมา การเปลี่ยนแปลงเหล่านี้ยังก่อให้เกิดผลกระทบที่สำคัญอีกด้วย

ในอดีตกว่า 50 เปอร์เซ็นต์ของซีกโลกเหนือมีหิมะปกคลุมในฤดูหนาว ตอนนี้อุณหภูมิที่อบอุ่นกำลังลดความลึกและระยะเวลาของหิมะปกคลุมในฤดูหนาว หลายคนคิดว่าฤดูหนาวเป็นเวลาที่หยุดนิ่งสำหรับสิ่งมีชีวิตในภูมิอากาศเย็น แต่ขณะนี้มีการวิจัยหลายทศวรรษแสดงให้เห็นว่าสภาพภูมิอากาศในฤดูหนาวโดยเฉพาะสโนว์แพ็คเป็นหน่วยงานกำกับดูแลที่สำคัญต่อสุขภาพของระบบนิเวศป่าไม้

โดยเฉพาะอย่างยิ่งงานของเราในช่วงทศวรรษที่ผ่านมาแสดงให้เห็นว่าการปกคลุมหิมะที่ลดลงอาจทำให้สุขภาพของต้นไม้ลดลงและลดความสามารถของป่าในการกรองอากาศและน้ำ การศึกษาล่าสุดของเราพบว่าภาวะโลกร้อนในฤดูหนาวอย่างต่อเนื่องสามารถลดหิมะปกคลุมทั่วภาคตะวันออกเฉียงเหนือของสหรัฐอเมริกาได้อย่างมากทำให้ต้นไม้และการเก็บคาร์บอนในป่าลดลงอย่างมาก

มีหิมะเหมือนผ้าห่ม

เราศึกษาป่าไม้เนื้อแข็งตอนเหนือซึ่งโดดเด่นด้วยต้นเมเปิ้ลน้ำตาลต้นเบิร์ชสีเหลืองและต้นบีชอเมริกันและครอบคลุมพื้นที่ 85,000 ตารางไมล์จากมินนิโซตาและแคนาดาทางตอนใต้ตอนกลางไปทางตะวันออกจนถึงเขตการเดินเรือของแคนาดาและสหรัฐอเมริกาตะวันออกเฉียงเหนือ ป่าเหล่านี้มีชื่อเสียงในเรื่องสีสันการตกที่สดใส พวกเขาสร้างรายได้จากการดึงดูดนักท่องเที่ยวนักเดินทางไกลนักล่าและค่ายและสนับสนุนอุตสาหกรรมไม้และน้ำเชื่อมเมเปิ้ล พวกเขายังให้บริการด้านระบบนิเวศที่สำคัญเช่นการจัดเก็บคาร์บอนและการบำรุงรักษาคุณภาพน้ำและอากาศ

เมื่อฤดูหนาวรุกล้ำบริเวณนี้อุณหภูมิมักจะลดลงต่ำกว่าจุดเยือกแข็งทุกชนิดต้องการฉนวนเพื่อรับมือ รากของต้นไม้และสิ่งมีชีวิตในดินเช่นแมลงขึ้นอยู่กับสโนว์แพ็คลึกเพื่อป้องกันความหนาวเย็น - ผ้าห่มหิมะที่แท้จริง แม้ในอุณหภูมิต่ำกว่าศูนย์หากหิมะมีความลึกเพียงพอ

หกสิบปีของการวิจัยจากป่าทดลองฮับบาร์ดบรูคในรัฐนิวแฮมป์เชียร์ - หนึ่งในการศึกษาที่ดำเนินมายาวนานที่สุดในทุกแห่ง - แสดงให้เห็นว่าสโนว์แพ็คในฤดูหนาวกำลังลดลง การวิจัยที่ดำเนินการโดยนักวิชาการคนอื่น ๆ บ่งชี้ว่าหากแนวโน้มนี้ยังคงดำเนินต่อไปมันจะเพิ่มความน่าจะเป็นของวงจรการละลายของดินโดยมีผลร้ายต่อสุขภาพป่า

เหตุใดป่าทางเหนือจึงต้องการหิมะ

เป็นเวลากว่า 10 ปีแล้วที่เราได้จัดการสโนว์แพ็กเก็ตฤดูหนาวที่ Hubbard Brook เพื่อศึกษาผลกระทบของการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศที่คาดการณ์ไว้ในป่าไม้เนื้อแข็งทางตอนเหนือ ในต้นฤดูหนาวเราออกไปข้างนอกหลังจากหิมะแต่ละครั้งเพื่อเอาหิมะออกจากแปลงทดลองของเรา จากนั้นเราวิเคราะห์ว่าการสูญเสียชั้นฉนวนนี้ส่งผลกระทบต่อต้นไม้และดินอย่างไร

เราพบว่าในแปลงที่เราเอาหิมะน้ำค้างแข็งแทรกซึมเท้าหรือมากกว่านั้นลงไปในดินในขณะที่มันมักจะขยายความลึกมากกว่าสองนิ้วในแปลงอ้างอิงใกล้เคียงกับสโนว์แพ็คที่ไม่เปลี่ยนแปลง และเช่นเดียวกับการแช่แข็ง - ละลายรอบสร้างหลุมบ่อในถนนในเมืองดินแช่แข็ง abrades และฆ่ารากต้นไม้และทำลายผู้ที่รอดชีวิต

ความเสียหายรากนี้ทำให้เกิดการตอบสนองเชิงนิเวศ รากที่ตายแล้วจะย่อยสลายและกระตุ้นให้เกิดการสูญเสียคาร์บอนไดออกไซด์จากดิน ต้นไม้ใช้สารอาหารน้อยลงจากดินสะสมอลูมิเนียมองค์ประกอบที่เป็นพิษในใบของพวกเขาและผลิตการเจริญเติบโตของสาขาน้อย ไนโตรเจนซึ่งเป็นสารอาหารหลักสามารถชะล้างออกจากดินได้ ชุมชนแมลงในดินมีความอุดมสมบูรณ์และหลากหลายน้อยลง

Snowpack ที่ลดลงมีผลต่อการเติบโตของต้นไม้

ในรายงานล่าสุดของเราแบบจำลองสภาพภูมิอากาศและอุทกวิทยาของเราแสดงให้เห็นว่าพื้นที่ป่าทั่วภาคตะวันออกเฉียงเหนือของสหรัฐอเมริกาที่ได้รับสโนว์แพ็คที่เป็นฉนวนกลางฤดูหนาวอาจลดลง 95% ภายในปี 2100 ทุกวันนี้พื้นที่ป่า 33,000 ตารางไมล์ อังกฤษมักมีสโนว์แพ็คเป็นเวลาหลายเดือนในฤดูหนาว ภายในปี 2100 พื้นที่นี้อาจหดตัวเป็นหย่อมเล็กกว่า 2,000 ตารางไมล์ - ประมาณหนึ่งในห้าของเวอร์มอนต์

การลดลงนี้จะเป็นอันตรายต่ออุตสาหกรรมสกีและสโนว์โมบิลอย่างไม่ต้องสงสัยและทำให้ถนนภาคตะวันออกเฉียงเหนือเป็นวัฏจักรที่แข็งตัวมากขึ้น นอกจากนี้ยังจะส่งผลกระทบต่อการเจริญเติบโตของต้นไม้

ในการประเมินความสัมพันธ์ระหว่างสโนว์แพ็คกับการเติบโตของต้นไม้เราใช้สว่านกลวงแบบพิเศษที่เรียกว่าตัวเจาะเพิ่มเพื่อลบแกนไม้ขนาดฟางจากต้นเมเปิ้ลน้ำตาลหลายต้น ต้นไม้แต่ละต้นเหล่านี้มีสโนว์แพ็คฤดูหนาวตามธรรมชาติหรือห้าปีติดต่อกันซึ่งเราได้นำสโนว์แพ็คต้นฤดูหนาวออก เมื่อเราขัดแกนและดูภายใต้กล้องจุลทรรศน์พวกเขาเปิดเผยวงแหวนการเติบโตประจำปีที่เราสามารถใช้เพื่อทำความเข้าใจว่าต้นไม้แต่ละต้นตอบสนองต่อสภาพแวดล้อมอย่างไร

ภายในสองปีแรกการวิเคราะห์ของเราพบว่าการเติบโตของต้นเมเปิ้ลน้ำตาลลดลง 40% จากแปลงที่ไม่มีสโนว์แพ็ค อัตราการเติบโตยังคงหดหู่ 40 ถึง 55 เปอร์เซ็นต์ในช่วงสามปีถัดไป ในทางตรงกันข้ามไม่มีการเติบโตที่ลดลงในต้นเมเปิ้ลน้ำตาลในแปลงอ้างอิงของเราที่มีรากของต้นไม้ปกคลุมไปด้วยหิมะกลางฤดูหนาว ผลลัพธ์เหล่านี้เปรียบได้กับอัตราการตายของรากที่นักวิจัยคนอื่น ๆ สังเกตเห็นจากการทดลองกำจัดหิมะก่อนหน้านี้ที่ฮับบาร์ดบรูค

ที่ฮับบาร์ดบรูคน้ำตาลเมเปิ้ลสามารถบัญชีมากกว่าครึ่งหนึ่งของการสะสมชีวมวลป่าประจำปี ดังนั้นการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศที่ลดปริมาณหิมะในฤดูหนาวและเพิ่มการแช่แข็งในดินสามารถลดอัตราการเติบโตของป่าไม้ในพื้นที่ป่าไม้ทางภาคเหนือได้ถึง 20% จากผลกระทบที่มีต่อต้นไม้เหล่านี้ แต่เรารู้ว่าต้นเบิร์ชสีเหลืองนั้นได้รับความเสียหายจากรากในการตอบสนองต่อการแช่แข็งดินดังนั้นการประเมินการเปลี่ยนแปลงของการเจริญเติบโตของป่าทั้งหมดจึงน่าจะต่ำ

อุณหภูมิในฤดูปลูกที่อบอุ่นขึ้นสามารถชดเชยความเสียหายนี้ได้อย่างน้อยบางส่วนโดยการกระตุ้นอัตราการเจริญเติบโตของต้นไม้ มีการทำงานน้อยมากเพื่อทำความเข้าใจว่าป่าไม้ในภูมิภาคที่ปกคลุมด้วยหิมะตามฤดูกาลจะตอบสนองต่อผลกระทบเชิงโต้ตอบของการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศในแต่ละฤดูกาลอย่างไร เพื่อช่วยเติมเต็มช่องว่างนี้เราได้ก่อตั้ง Climate Change Across Seasons Experiment ที่ Hubbard Brook ในปี 2013

ในโครงการนี้เราใช้สายเคเบิลความร้อนฝังอยู่ในดินอุ่นในป่าประมาณ 9 องศาฟาเรนไฮต์ (5 องศาเซลเซียส) ในช่วงฤดูที่ไม่มีหิมะตั้งแต่เดือนเมษายนถึงเดือนพฤศจิกายน ในฤดูหนาวเราใช้การรวมกันของความร้อนกับสายเคเบิลความร้อนที่ฝังอยู่และการพรวนดินหิมะเพื่อกระตุ้นวงจรการละลายของดิน ผลลัพธ์ของเราจนถึงขณะนี้แสดงให้เห็นว่าความเสียหายของรากและลดการเจริญเติบโตของต้นไม้ที่เกิดจากวัฏจักรของดินในฤดูหนาวไม่ได้ถูกชดเชยด้วยภาวะโลกร้อนในช่วงฤดูปลูก

งานของเราแสดงให้เห็นว่าการเปลี่ยนแปลงของภูมิอากาศในฤดูหนาวที่ถูกมองข้ามบ่อยครั้งส่งผลกระทบต่อระบบนิเวศป่าไม้อย่างไร การสูญเสียสโนว์แพ็คสามารถลดการเจริญเติบโตของป่าการกักเก็บคาร์บอนและการกักเก็บสารอาหารซึ่งจะส่งผลต่อการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศและคุณภาพอากาศและน้ำตลอดทั้งปี

บทความนี้ถูกตีพิมพ์ครั้งแรกใน The Conversation โดย Andrew Reinmann และ Pamela Templer อ่านบทความต้นฉบับที่นี่