Как засуха и другие экстремальные явления влияют на загрязнение воды

Каждый десятый американец зависит от реки Колорадо в плане водоснабжения. Рекордно высокие температуры прошлой осени сократили снежный покров в Колорадо зимой 2018 года до 66% от нормы, вызвав опасения по поводу нехватки воды ниже по течению. Однако сокращение снежного покрова — не единственная проблема. В верховьях реки Колорадо снег теперь тает почти на месяц раньше, чем 25 лет назад. Это более раннее таяние привело к смене растительных сообществ, которые выполняют ключевую функцию по поглощению питательных веществ, переработке загрязнителей и фильтрации осадков по мере движения воды вниз по течению. Это увеличивает риск ухудшения не только количества, но и качества воды из-за потепления климата.

Гидролог и геохимик Бхавна Арора из Национальной лаборатории имени Лоуренса в Беркли (Berkeley Lab) Министерства энергетики США изучает эти изменения в районе водосбора Ист-Ривер близ верховьев Колорадо. Исследования проводятся в рамках программы «Научная область фокусировки "Функция водосбора"» (Watershed Function SFA). Они помогают прогнозировать, как нарушения в горных водосборах (наводнения, засуха, изменение снежного покрова и раннее таяние) влияют на перенос воды, питательных веществ, углерода и металлов вниз по течению.

Ключевые наблюдения и их значение:

В районе исследований снег теперь тает в среднем на 26 дней раньше, чем четверть века назад. Это привело к драматическому сдвигу: сообщество глубокоукореняющихся кустарников вытесняет травы и полевые цветы, которые быстро поглощали азот из талых вод. Компьютерное моделирование и наблюдения показывают, что при раннем снеготаянии происходит более ранний и более высокий пик концентрации нитратов по сравнению с нормальным сценарием. Хотя концентрации в нетронутых верховьях сами по себе не представляют прямой угрозы, пики нитратов после длительной засухи вызывают беспокойство. Интенсивные дожди могут вымывать избыточные нитраты в реку, что потенциально ставит под риск водоснабжение ниже по течению, особенно в сельскохозяйственных регионах, где уже существует накопление нитратов в грунтовых водах.

Методы и будущие вызовы:

Для работы в условиях сильных колебаний снежного покрова ученые развернули сеть датчиков, которые автономно измеряют температуру и влажность почвы, а также непрерывно фиксируют видео поверхности снега. Это позволяет удалённо «наблюдать» начало таяния и прогнозировать сроки освобождения земли от снега. Поскольку новые растительные сообщества могут формироваться годами, а режим снеготаяния меняется даже от года к году, для прогнозирования будущего необходимы сложные компьютерные модели. Они должны численно исследовать совокупное влияние всех факторов (сроки таяния снега, засуха, муссоны, виды растений и т.д.). Сопоставляя эти модели с полевыми данными, учёные надеются предсказать будущее количество и качество воды, которая поступает к пользователям и экосистемам далеко от своего истока в верховьях Колорадо.