Wetenschap
Klimaatverandering zal de stroomstroming in het bovenste stroomgebied van de Colorado verminderen naarmate de grondwaterstanden dalen, zo blijkt uit onderzoek
De Colorado-rivier maakt het leven in veel westerse steden mogelijk en ondersteunt de landbouw die mensen in het hele land van levensonderhoud voorziet. Het grootste deel van het water van de rivier begint als smeltende sneeuw uit de bergachtige stroomgebieden van Colorado, Utah en Wyoming, en een opwarmend klimaat zal deze stroomstromen drastisch verminderen, zo blijkt uit nieuw onderzoek.
Onderzoekers van het Desert Research Institute (DRI), USGS en Lawrence Berkeley National Laboratory werkten samen voor de nieuwe studie, gepubliceerd op 23 mei in Nature Water .
Door de opwarming toe te passen op historische omstandigheden voor de East River in Colorado en door computersimulaties te gebruiken om de impact op de stroomstroming en het grondwaterpeil te observeren, ontdekten de wetenschappers dat de grondwateropslag na het eerste extreem droge jaar zou dalen tot het laagst bekende niveau en zelfs niet zou herstellen. na meerdere natte periodes. Wanneer het grondwaterpeil daalt, worden de stromen in de grondwaterspiegel gezogen in plaats van bij te dragen aan de stroming van de Colorado-rivier.
"We ontdekten dat grondwater er veel toe doet", zegt Rosemary Carroll, Ph.D., DRI-onderzoeksprofessor hydrologie en hoofdauteur van het onderzoek. "Zelfs met historisch waargenomen natte perioden in het model kan het grondwater niet terugkomen van een enkel droogwaterjaar onder de opwarming van het einde van de eeuw."
De Colorado-rivier verkeert al tientallen jaren in een staat van droogte, waardoor er in het hele zuidwesten spanningen rond de waterrechten ontstaan. Wetenschappers zijn verbijsterd over het dalende rivierpeil, zelfs in relatief natte jaren:in 2021 bereikte het stroomgebied van de Upper Colorado een normaal sneeuwdek van 80%, maar leverde slechts 30% van de gemiddelde stroomafvoer naar de rivier.
De auteurs van het onderzoek wilden onderzoeken hoe de opwarming van de bergbekkens aan dit fenomeen kan bijdragen. Hogere temperaturen veranderen de balans tussen sneeuwval en waterbeschikbaarheid op een aantal manieren, waaronder meer sneeuwverdamping (bekend als sublimatie), meer neerslag die valt als regen in plaats van sneeuw, en vaker smelten gedurende de winter.
Onderzoek uit het verleden heeft de rol van grondwater grotendeels over het hoofd gezien en hoe dit het verlies aan stromingsstromen als gevolg van de klimaatverandering kan bufferen of intensiveren.
"Ik ben erg geïnteresseerd in de relatie tussen grondwaterbijdragen en stroomstroming - dat is al lange tijd een doorlopend thema in mijn onderzoek", zegt Carroll. "Veel onderzoeken geven aan dat op de korte termijn het vrijkomen van grondwater in de stroom de gevolgen van de droogte zal helpen bufferen, maar vóór dit onderzoek hadden we geen enkele kennis over wat dat op de lange termijn zou betekenen."
De auteurs van het onderzoek gebruikten de East River als focus voor het onderzoek, omdat deze representatief is voor de bovenloop van de Colorado River, evenals voor de aanzienlijke beschikbare infrastructuur voor weer- en watermonitoring. Grondobservaties en kaarten vanuit de lucht meten de diepte en dichtheid van het sneeuwdek, de stroomstroming, de plantenbedekking en het grondwaterpeil, naast vele andere metingen in het hele stroomgebied.
Voor het maken van het computermodel zijn historische gegevens van 1987 tot en met 2022 gebruikt. Het onderzoeksteam paste vervolgens op twee manieren een opwarming van 4 graden Celsius toe op deze periode:voor één simulatie werd de opwarming constant over de tijd heen toegepast, terwijl in daaropvolgende simulaties de opwarming op elk seizoen afzonderlijk werd toegepast.
Dankzij deze aanpak konden de wetenschappers de verschillende gevolgen van de opwarming tussen de seizoenen onderzoeken. Vier graden Celsius is representatief voor het verwachte klimaat aan het eind van de eeuw, gebaseerd op een waargenomen opwarming van ongeveer 0,4 graden Celsius per decennium in het stroomgebied. De simulatie houdt geen rekening met waarschijnlijke veranderingen in de vegetatie gedurende hetzelfde tijdsbestek.
Uit het onderzoek bleek dat aanhoudend hogere temperaturen resulteerden in scherpe dalingen van de grondwaterstanden, die zich tijdens natte perioden niet konden herstellen naar historisch gemiddelde niveaus. Het isoleren van de opwarming per seizoen heeft de sterke impact van warmere zomers op de daling van het grondwaterpeil aangetoond, omdat de atmosfeer de verdampingssnelheid verhoogt, planten hun wateropname vergroten en de bodem uitdroogt. De grootste afname van de grondwaterstand vindt plaats in de subalpiene bossen, waar de naaldbossen het dichtst zijn.
"Naarmate het grondwaterpeil daalt, verlies je meer stroom naar de grondwaterspiegel", zegt Carroll. "Als er weinig neerslag valt, stopt de East River gedurende een deel van de zomer met stromen. Dit zou uiteraard dramatische gevolgen hebben voor de ecologische gezondheid en de landbouwirrigatie."
Door de dalende grondwaterstanden in de analyse op te nemen, bleek uit de studie dat de stroomafname bijna verdubbelt in vergelijking met simulaties waarin de gevolgen van de klimaatverandering in de regio werden onderzocht zonder rekening te houden met de daling van het grondwater. Dit komt door de meerdere effecten die tegelijkertijd optreden:er stroomt minder water naar beken vanuit de aquifers, terwijl meer beekwater in de bodem wegvloeit.
Het onderzoek toont de noodzaak aan om bos- en grondwater in het Upper Colorado River Basin gezamenlijk te beheren, en om rekening te houden met de uitwisseling van oppervlakte- en grondwater in bergbekkens, om de afname van de stroomafvoer als gevolg van de klimaatverandering te minimaliseren, zegt Carroll.
"Ik beschouw grondwater als je spaarrekening", voegt ze eraan toe. "Snowpack is als je betaalrekening:het verandert van jaar tot jaar. Grondwater is een investering op de langere termijn; het kan de echt natte en droge jaren gladstrijken. Maar als je dat grondwater jaar na jaar consequent begint te verminderen, kun je dat niet doen." moduleer die extremen niet langer."