Вода попадает и задерживается: результаты ставят под сомнение столетние представления о гидрологии почвы
Исследователи обнаружили, что некоторые из самых фундаментальных представлений о движении воды через почву в сезонно сухом климате, таком как на Тихоокеанском Северо-Западе, неверны. Это означает, что столетие исследований, основанных на этих представлениях, придется пересмотреть.
Новое исследование ученых из Университета штата Орегон и Агентства по охране окружающей среды США (EPA) показало, к большому удивлению исследователей, что почва цепко удерживает первые осадки после сухого лета. Вода удерживается настолько плотно, что почти никогда не смешивается с другой водой.
Это открытие настолько значимо, что исследователи пока даже не уверены, что именно оно может означать. Однако оно может повлиять на наше понимание того, как загрязняющие вещества перемещаются в почвах, как питательные вещества транспортируются из почв в водотоки, как функционируют реки и даже как растительность может реагировать на изменение климата.
«Вода в горах, таких как Каскадные горы в Орегоне и Вашингтоне, по сути, существует в двух отдельных мирах, — заявил Джефф Макдоннелл, выдающийся профессор OSU. — Раньше мы считали, что новые осадки, проникая в почву, хорошо смешиваются с другой водой и в конечном итоге попадают в водотоки. Мы только что выяснили, что это не так. Это может иметь огромные последствия для нашего понимания функционирования водосборов и бросает вызов примерно 100 годам общепринятого мышления».
Исследование показало, что на самом деле небольшие поры вокруг корней растений заполняются водой, которая удерживается там до тех пор, пока не будет израсходована на транспирацию растений обратно в атмосферу. Новые осадки с осенними дождями пополняют эти локальные резервуары возле растений, и процесс повторяется. Однако вся другая вода, движущаяся через более крупные поры, по сути отделена и почти никогда не смешивается с той, что используется растениями в сухое лето.
Например, в одном из тестов исследование показало, что после первого крупного дождя в октябре в водоток попадало лишь 4% осадков, проникших в почву, а 96% поглощались и плотно удерживались почвой вокруг растений для пополнения влаги. Месяц спустя, когда влажность почвы была полностью восстановлена, 55% осадков попадали напрямую в водотоки. И по мере того как зимние дожди продолжают насыщать почву влагой, почти вся вода, изначально пополнившая почву вокруг растений, остается плотно удержанной в ней — она никогда не перемещается и не смешивается.
«Это говорит нам о том, что наше понимание того, как вода движется через почвы и подвергается их воздействию, менее полное, чем мы думали», — отметила Рене Брукс, физиолог растений из EPA. Наши математические модели функционирования экосистем основаны на определенных предположениях о биологических процессах. Это меняет некоторые из этих предположений. Среди следствий — возможная необходимость пересмотреть, как перемещаются другие интересующие нас вещества в почвах, такие как питательные вещества или загрязнители».
Новые выводы стали возможны благодаря прогрессу в скорости и эффективности анализа стабильных изотопов воды, что позволило ученым, по сути, «отпечатать» воду и определить ее происхождение и перемещение. Исследователи заявили, что никогда раньше не было возможности сделать так много изотопных измерений и получить лучшее представление о происхождении и движении воды. Исследование также подчеркивает невероятную способность растений поглощать воду, которая так прочно связана с почвой силами, с которыми ничто другое в природе не может сравниться.