Исследователи пытаются разгадать тайну снега, который выпадает, но не попадает в реку.
Эта статья была первоначально опубликована в журнале High Country News и представлена здесь в рамках нашего сотрудничества с Climate Desk.
Сильные ветры обрушились на гору Готик, когда спящий гигант наблюдал за хижинами, расположенными в Готике, штат Колорадо, - удаленном форпосте, куда можно добраться только на лыжах в суровые альпийские зимы. Шлейфы снега, поднимавшиеся с вершины, на короткое время казались облаком, а затем исчезали.
Для многих снег, который, казалось, растворился в воздухе, остался бы незамеченным. Но в регионе, где запасы воды постепенно начинают сокращаться, каждая снежинка имеет значение. Каждую зиму неизвестный процент снежного покрова на Западе Скалистых гор исчезает в атмосфере, как это произошло на горе Готик, расположенной недалеко от горнолыжного курорта Крестед Батт.
Сильные ветры обрушились на гору Готик, когда спящий гигант наблюдал за хижинами, расположенными в Готике, штат Колорадо, - удаленном форпосте, куда можно добраться только на лыжах в суровые альпийские зимы. Шлейфы снега, поднимавшиеся с вершины, на короткое время казались облаком, а затем исчезали.
Для многих снег, который, казалось, растворился в воздухе, остался бы незамеченным. Но в регионе, где запасы воды постепенно начинают сокращаться, каждая снежинка имеет значение. Каждую зиму неизвестный процент снежного покрова на Западе Скалистых гор исчезает в атмосфере, как это произошло на горе Готик, расположенной недалеко от горнолыжного курорта Крестед Батт.
В водосборном бассейне реки Ист-Ривер, расположенном в самом верхнем течении бассейна реки Колорадо, группа исследователей из Биологической лаборатории Скалистых гор (RMBL) Готика пытается разгадать эту загадку, обращая внимание на процесс, называемый сублимацией. Снег в высокогорье иногда полностью минует жидкую фазу, превращаясь из твердого тела в пар. На это явление приходится 10-90% потерь снега. Такая погрешность является основным источником неопределенности для менеджеров по управлению водными ресурсами, пытающихся предсказать, сколько воды поступит в систему после начала таяния снега. Хотя ученые могут измерить, сколько снега выпадает на землю и как быстро он тает, у них нет точного способа рассчитать, сколько его уходит в атмосферу, - говорит Джессика Лундквист, исследователь, занимающаяся пространственными закономерностями снежного покрова и погоды в горах. При поддержке Национального научного фонда Лундквист руководила проектом "Сублимация снега" в Готике в зимний сезон 2022-23 гг. с целью понять, сколько именно снега пропадает и какие условия окружающей среды способствуют этому исчезновению.
"Это одна из тех неприятных, злых проблем, к которым никто не хочет прикасаться", - сказал Лундквист. "Ее нельзя увидеть, и очень немногие приборы могут ее измерить. И тогда люди спрашивают, что будет с изменением климата? Будет ли у нас меньше воды в реках? Будет ли ее больше в атмосфере или нет? А мы просто не знаем".
Снег, который тает на Готике, в конечном итоге пополнит ручьи и реки, впадающие в реку Колорадо. Когда сток ниже ожидаемого, это создает нагрузку на систему, и без того напряженную из-за постоянной засухи, меняющегося климата и растущего спроса. Например, в 2021 г. уровень снежного покрова в районе верховьев реки Колорадо был не намного ниже среднего исторического уровня - не так уж плохо для зимы на Западе в наши дни. Но таяние снега, наполнившего притоки реки Колорадо, составило лишь 30% от среднего уровня.
"Вы измеряете объем снежного покрова и предполагаете, что снег просто растает и попадет в ручей", - говорит Джули Вано, научный руководитель Института глобальных изменений Аспена и партнер по проекту. Ее работа направлена на то, чтобы помочь руководителям водохозяйственных предприятий расшифровать научные основы этих процессов. "Этого просто не было. Куда делась вода?"
По мере того как Запад продолжает высыхать, водохозяйственные организации все чаще сталкиваются с необходимостью точно предсказывать, какое количество ценнейшего ресурса поступит в систему каждой весной. Одна из самых серьезных проблем, с которой сталкиваются федеральные водохозяйственные службы, в том числе сотрудники Бюро мелиорации (Bureau of Reclamation), отвечающего за водохранилища озер Пауэлл и Мид, - это решение вопроса о том, сколько воды необходимо спустить из водохранилищ, чтобы удовлетворить потребности потребителей, расположенных ниже по течению.
Хотя транспирация и уровень влажности почвы могут быть и другими виновниками потери воды, одним из самых больших неизвестных факторов является сублимация, говорит Ян Биллик, исполнительный директор RMBL. "Нам необходимо устранить эту неопределенность в водном бюджете".
Притоки реки Ист-Ривер впадают в реку Колорадо, которая снабжает водой около 40 млн. человек в семи западных штатах, а также в Мексике. Этот водораздел стал местом столкновения более чем столетних биологических наблюдений, многие из которых были направлены на понимание жизненного цикла воды.
Проект Лундквиста - один из последних. В связи со сложностью пересекающихся процессов, обусловливающих сублимацию, группа установила более 100 приборов на альпийском лугу к югу от Готики, известном как Кеттл-Пондс.
"Никто еще не делал этого правильно", - сказал Лундквист. "Поэтому мы стараемся сделать все возможное, чтобы измерить абсолютно все".
В течение всей зимы зверинец из оборудования спокойно записывал данные каждую секунду дня - измерения, которые позволят команде сделать снимок истории снежного покрова. Прибор, называемый звуковым анемометром, измерял скорость ветра, другие приборы фиксировали температуру и влажность на разных высотах. Приборы, называемые снежными подушками, измеряли содержание влаги, а лазерная система визуализации, называемая лидаром, создавала подробную карту поверхности снега.
С января по март - три самых холодных месяца в году - Дэниел Хоган и Эли Шват, аспиранты, работающие под руководством Лундквиста в Университете Вашингтона, ходили на лыжах от своего заснеженного домика в Готике до Кеттл-Пондс, чтобы следить за постоянно меняющимся снежным покровом.
На их лыжи были надеты шкуры - специальная ткань, которая приклеивается к лыжам, чтобы они лучше держались на снегу. Два человека с санками, навьюченными снаряжением, почти ежедневно совершали поход к месту проведения работ. Был прохладный мартовский день, но из-за обжигающих отблесков снега казалось, что здесь теплее, чем на самом деле. Прибыв на место, Хоган и Шват вырыли яму на поверхности снега, прямо под навесом гудящих приборов.
Пара тщательно измерила температуру и плотность снега. С помощью специального увеличительного стекла была видна структура отдельных снежинок, некоторые из которых были получены во время недавних бурь, а другие, найденные глубже в яме, - за несколько недель или даже месяцев до этого. Все эти факторы могут определять степень уязвимости снежного покрова к сублимации.
Это будет лишь одна из многих ям, вырытых по мере того, как снег продолжает покрывать долину. Если все измерения, которые команда проводит в течение зимы, похожи на книгу, то снежная яма - это всего лишь одна страница, - сказал Хоган.
"Вместе это дает всю историю зимы", - сказал он, стоя внутри одной из ям, которую он изучал. Только макушка его головы торчала из снежной ямы, когда он рассматривал ее слои.
Команда Лундквиста начала анализировать собранные данные задолго до того, как снег начал таять.
Они надеются, что в будущем это позволит руководителям водохозяйственных служб лучше понять, насколько сублимация съедает водный бюджет региона, и сделать более точные прогнозы на будущее, которое, вероятно, будет еще более жарким и засушливым.