Водный цикл Земли: исследование показывает, как изменение климата может изменить гидрологию экосистем лугов

Исследование, проведенное совместно с Университетом Мэриленда, показывает, что засуха и повышение температуры в условиях климата с повышенным содержанием CO₂ могут кардинально изменить то, как луга используют и перемещают воду.

Это исследование является первой экспериментальной демонстрацией потенциального влияния изменения климата на движение воды через луговые экосистемы, которые занимают почти 40% площади суши Земли и играют критическую роль в глобальном водном цикле. Исследование опубликовано в журнале Science.

«Наши эксперименты показали, что в условиях летней засухи и более высоких температур воздуха, ожидаемых в будущем при повышенном уровне CO₂, фундаментально меняются две вещи: во-первых, структурные свойства почвы в корневой зоне изменяются так, что вода течет иначе, чем мы ожидали, и, во-вторых, эти измененные климатические условия и свойства почвы заставляют растения получать воду по-другому», — объяснил ведущий автор исследования Джесси Радолински.

В настоящее время новые осадки, как правило, задерживаются в корневой зоне, где смешиваются с существующей почвенной влагой, прежде чем просочиться в местные реки и ручьи. Данное исследование предполагает, что в будущих климатических условиях интенсивные осадки могут перемещаться через почву в водные объекты быстрее, меньше взаимодействуя с этой накопленной водой и потенциально унося с собой питательные вещества и загрязнители.

Кроме того, растения в условиях будущей засухи будут экономить больше воды, выделяя меньше обратно в атмосферу через транспирацию. Это может означать меньшее атмосферное охлаждение, запуская петлю обратной связи с усилением засухи и потепления.

Эксперимент проводился на открытых участках австрийского луга. Ученые моделировали шесть различных климатических условий, манипулируя температурой воздуха и уровнем CO₂, а также создавая повторяющиеся засухи с помощью автоматически развертываемых укрытий, предотвращающих попадание естественных осадков на участки. Для отслеживания пути воды использовалась вода с изотопом водорода — дейтерием.

Результаты показали, что после повторяющихся засух на участках с повышенным CO₂ и потеплением структура пор в почве изменилась так, что более старая вода оставалась запертой в более мелких порах, в то время как новая вода поступала в более крупные поры, которые дренировались быстрее. Растения эффективно использовали наиболее доступную почвенную влагу и экономили воду, уменьшая транспирацию.