Perché il declino della copertura nevosa potrebbe indicare un danno ambientale maggiore a venire

I cambiamenti climatici evocano spesso immagini di caldo, siccità e uragani. Ma secondo l'ultimo National Climate Assessment degli Stati Uniti, pubblicato il 23 novembre 2018, gli inverni si sono riscaldati tre volte più velocemente delle estati del Nordest negli ultimi anni. Questi cambiamenti stanno anche producendo effetti significativi.

Storicamente, oltre il 50 per cento dell'emisfero settentrionale ha coperto la neve in inverno. Ora le temperature più calde stanno riducendo la profondità e la durata del manto nevoso invernale. Molte persone ritengono che l'inverno sia un periodo inattivo per gli organismi nei climi freddi, ma decenni di ricerche dimostrano ora che le condizioni climatiche invernali - in particolare il manto nevoso - sono importanti regolatori della salute degli ecosistemi forestali e degli organismi che vivono in essi.

In particolare, il nostro lavoro nell'ultimo decennio mostra che il declino della copertura nevosa può compromettere la salute degli alberi e ridurre la capacità delle foreste di filtrare aria e acqua. Il nostro ultimo studio rileva che il continuo riscaldamento invernale potrebbe ridurre notevolmente la copertura nevosa negli Stati Uniti nordorientali, causando un notevole calo della crescita degli alberi e dello stoccaggio del carbonio nelle foreste.

Neve come coperta

Studiamo foreste di latifoglie del nord, che sono dominate da aceri da zucchero, betulle gialle e faggi americani e si estendono per 85.000 miglia quadrate, dal Minnesota e dal Canada centro-meridionale ad est alle Province marittime canadesi e agli Stati Uniti nordorientali. Queste foreste sono famose per i loro vivaci colori autunnali. Essi generano entrate attirando turisti, escursionisti, cacciatori e campeggiatori e supportano le industrie del legname e dello sciroppo d'acero. Forniscono inoltre importanti servizi ecologici, come la conservazione del carbonio e il mantenimento della qualità dell'acqua e dell'aria.

Quando l'inverno invade questa regione, con temperature che spesso scendono molto sotto lo zero, ogni specie ha bisogno di isolamento per far fronte. Le radici degli alberi e gli organismi del suolo come gli insetti si affidano al manto nevoso profondo per proteggersi dal freddo, una vera e propria coltre di neve. Anche in temperature sotto lo zero, se la neve è sufficientemente profonda, i terreni possono rimanere non congelati.

Sei decenni di ricerche dalla Hubbard Brook Experimental Forest nel New Hampshire, uno degli studi più longevi in ​​assoluto, mostrano che il manto nevoso invernale è in declino. Ricerche condotte da altri studiosi indicano che se questa tendenza continua, aumenterà la probabilità di cicli di congelamento-scongelamento del suolo, con effetti dannosi sulla salute delle foreste.

Perché le foreste del nord hanno bisogno di neve

Per oltre 10 anni abbiamo manipolato il manto nevoso invernale a Hubbard Brook per studiare gli effetti del cambiamento climatico previsto sulle foreste di latifoglie del nord. All'inizio dell'inverno, ci dirigiamo all'esterno dopo ogni nevicata per rimuovere la neve dalle nostre trame sperimentali. Quindi analizziamo come la perdita di questo strato isolante influisce sugli alberi e sul terreno.

Abbiamo scoperto che nei terreni in cui rimuoviamo la neve, il gelo penetra fino a un piede o più nel terreno, mentre raramente si estende per più di due pollici di profondità nei vicini terreni di riferimento con un manto nevoso inalterato. E proprio come i cicli di congelamento e scongelamento creano buche nelle strade delle città, il suolo congela e uccide le radici degli alberi e danneggia quelli che sopravvivono.

Questo danno alla radice innesca una cascata di risposte ecologiche. Le radici morte decompongono e stimolano le perdite di anidride carbonica dal terreno. Gli alberi assorbono meno nutrienti dal terreno, accumulano l'elemento tossico di alluminio nelle loro foglie e producono meno crescita del ramo. L'azoto, un nutriente chiave, può essere eliminato dai terreni. Le comunità di insetti nel suolo diventano meno abbondanti e diverse.

Il declino del manto nevoso influisce sulla crescita dell'albero

Nel nostro documento più recente, i nostri modelli climatici e idrologici mostrano che l'area delle foreste degli Stati Uniti nordorientali che ricevono il manto nevoso intermittente isolante potrebbe diminuire del 95% entro il 2100. Oggi, 33.000 miglia quadrate di foreste tra New York e New York del nord L'Inghilterra ha in genere il manto nevoso per diversi mesi in inverno. Entro l'anno 2100, questa zona potrebbe ridursi a una zona più piccola di 2.000 miglia quadrate - circa un quinto delle dimensioni del Vermont.

Questo declino danneggerà indubbiamente l'industria dello sci e della motoslitta e esporrà le strade del nord-est a più cicli di congelamento-scongelamento. Inoltre influenzerà significativamente la crescita degli alberi.

Per valutare la relazione tra il manto nevoso e la crescita degli alberi, abbiamo utilizzato una punta elicoidale specializzata, chiamata trivella incrementale, per rimuovere nuclei di legno di dimensioni di paglia da più steli di zucchero di acero. Ognuno di questi alberi ha sperimentato il manto nevoso invernale o cinque anni consecutivi in ​​cui abbiamo rimosso il manto nevoso invernale. Quando abbiamo levigato i nuclei e li abbiamo visti al microscopio, hanno rivelato anelli di crescita annuali che potevamo usare per capire come ciascun albero rispondeva al suo ambiente.

Nel giro di soli due anni, le nostre analisi hanno mostrato un calo del 40% nella crescita dello zucchero di acero da terreni senza manto nevoso. I tassi di crescita sono rimasti depressi dal 40 al 55 percento nei prossimi tre anni. Al contrario, non vi è stato un declino della crescita negli aceri da zucchero nelle nostre aree di riferimento dove le radici degli alberi coperte di neve in pieno inverno. Questi risultati sono paragonabili alla mortalità delle radici che altri ricercatori hanno osservato in un precedente esperimento di rimozione della neve a Hubbard Brook.

A Hubbard Brook, gli aceri di zucchero possono rappresentare oltre la metà dell'accumulo annuale di biomassa forestale. Di conseguenza, i cambiamenti climatici che riducono il manto nevoso invernale e aumentano il congelamento del suolo potrebbero ridurre del 20% i tassi di crescita forestale nella regione forestale settentrionale del legno duro solo attraverso il loro impatto su questi alberi. Ma sappiamo che anche la betulla gialla soffre di danni alle radici in risposta al congelamento del suolo, quindi è probabile che la nostra stima dei cambiamenti nella crescita della foresta intera sia bassa.

Le temperature della stagione di crescita più calde potrebbero compensare almeno parzialmente questo danno stimolando i tassi di crescita degli alberi, come suggeriscono alcune ricerche? Pochissimo lavoro è stato fatto per capire come le foreste nelle regioni stagionalmente innevate risponderanno agli effetti interattivi dei cambiamenti climatici attraverso le stagioni. Per contribuire a colmare questa lacuna, nel 2013 abbiamo istituito il Climate Change Across Seasons Experiment presso Hubbard Brook.

In questo progetto, utilizziamo cavi di riscaldamento interrati per riscaldare i terreni forestali di 9 gradi Fahrenheit (5 gradi Celsius) durante la stagione senza neve da aprile a novembre. In inverno, utilizziamo una combinazione di riscaldamento con cavi scaldanti interrati e spalatura neve per indurre cicli di congelamento e scongelamento del terreno. I nostri risultati finora mostrano che il danno alla radice e la ridotta crescita degli alberi causata dai cicli invernali di congelamento e scongelamento del suolo non sono compensati dal riscaldamento del suolo durante la stagione di crescita.

Il nostro lavoro mostra quanto spesso i cambiamenti trascurati nel clima invernale possono avere un impatto sugli ecosistemi forestali. La perdita del manto nevoso può ridurre la crescita delle foreste, il sequestro del carbonio e la ritenzione dei nutrienti, che avrà importanti implicazioni per il cambiamento climatico e la qualità dell'aria e dell'acqua tutto l'anno.

Questo articolo è stato originariamente pubblicato su The Conversation di Andrew Reinmann e Pamela Templer. Leggi l'articolo originale qui.