De waterkringloop is een delicaat evenwicht. In natuurlijke omgevingen, water van regenval of smeltende sneeuw kan in de grond doordringen of naar beekjes lopen. Een deel van het water wordt opgeslagen in natuurlijke ondergrondse reservoirs, grondwater genoemd. Planten gebruiken het water om te groeien, en dan vult nieuwe neerslag het grondwater aan - een proces dat grondwateraanvulling wordt genoemd.

In droge klimaten, planten gebruiken het grootste deel van het water dat in de grond komt. Dus hoe wordt het grondwater bijgevuld? Voor Canadese prairies wordt het antwoord gevonden in depressies in het landschap. Bij deze depressies afvoer van het omringende land hoopt zich op en komt in het grondwater terecht.

De depressies in het landschap werden achtergelaten door gletsjers toen de laatste ijskap de Great Plains verliet rond 10, 000 tot 12, 000 jaar geleden. Als een regentuin, ze nemen afvoer uit de omgeving op, maar zijn meestal groter. Ze hebben een diameter van 50 tot 100 meter en een diepte van 1 tot 2 meter.

Echter, wetenschappers zijn bezorgd dat klimaatveranderingen van invloed kunnen zijn op dit delicate proces van grondwateraanvulling.

Momenteel, het meeste water in de depressies komt in de vorm van afvloeiing van gesmolten sneeuw als het over bevroren grond en in de depressies stroomt. Onderzoekers in Canada hebben onderzocht hoe dit proces in de toekomst kan worden verstoord als het klimaat verandert.

Masaki Hayashi en het team van de Universiteit van Calgary hebben dit werk onlangs gepubliceerd in: Vadose Zone Journaal , een publicatie van de Soil Science Society of America.

"De motivatie voor dit onderzoek kwam van de noodzaak om de aanvulling te schatten voor duurzaam beheer van grondwater in de Canadese prairies, " zegt Hayashi. "We kunnen een hernieuwbare hulpbron niet beheren tenzij we weten hoeveel er elk jaar vernieuwd wordt. Het zou hetzelfde zijn als proberen uitgaven te beheren vanaf een bankrekening zonder het bedrag van de inkomsten te kennen."

Experts voorspellen dat de toekomstige klimaatomstandigheden van deze prairies warmer en natter zullen zijn. Hoewel het lijkt alsof dit zou leiden tot meer grondwateraanvulling, de wetenschappers wilden bepalen of dat het geval zou zijn in deze depressies.

Deze lage gebieden verzamelen afvloeiing van gesmolten sneeuw en kunnen in de lente zelfs vijvers worden. Sommige van de grotere depressies hebben zelfs water dat de hele zomer blijft staan. Dat worden prairie-wetlands of prairie-pothole-wetlands genoemd en herbergen veel waterplanten en dieren in het gebied.

Om te bepalen hoe een warmer en natter klimaat de grondwateraanvulling zou beïnvloeden, de wetenschappers gebruikten een model om de omgeving te simuleren. Door instrumentatie direct in de depressies te plaatsen, ze verzamelden informatie over bodemeigenschappen, het weer, en de grootte van de depressie en de omgeving. Hun werk, een soort "bodemwaterbalans"-model, gebruikten de gegevens die ze verzamelden om te simuleren hoe het water in de toekomst van het oppervlak naar diepere bodemlagen kan gaan.

Ze ontdekten dat zowel sneeuwophoping als hoeveel en hoe lang de grond in de winter bevroren is, zal afnemen. Dit betekent dat er minder afvoer naar de depressies zal zijn en minder grondwateraanvulling.

"Een natter klimaat resulteert over het algemeen in een hogere herlading, maar dat lijkt niet het geval te zijn in de noordelijke Great Plains, waar opladen is gericht op depressies, Hayashi legt uit. "Hoewel de totale neerslag kan toenemen, we zullen meer regen en minder sneeuw hebben. Dit betekent dat de sneeuwophoping in de winter zal afnemen. Ook, we zullen een kortere duur van bevroren grond en een ondiepere penetratie van bodemvorst hebben."

Hij voegt eraan toe dat dit een probleem veroorzaakt omdat langzaam bewegende sneeuwsmelt die over bevroren grond stroomt, waardoor het niet snel intrekt, is de sleutel tot de afvoer naar de depressies.

De afname van het opladen kan veel effecten hebben op het milieu, zeggen de onderzoekers. Bijvoorbeeld, veel kleine bronnen worden gevoed door grondwater en kunnen worden beïnvloed.

"Het kan resulteren in een afname van de basisstroom van kleine stroompjes gevoed door grondwater, " zegt Hayashi. "Sommige van de meerjarige stromen kunnen seizoensgebonden worden. Dit kan een sterke invloed hebben op het beekecosysteem. Algemeen, deze kleine depressies lijken misschien minder belangrijk in vergelijking met grotere depressies die prairie-wetlands bevatten. Echter, er zijn veel meer kleine depressies, en ze zijn gezamenlijk belangrijk voor het aanvullen van grondwater."