Warum kann ein Rückgang der Schneedecke einen stärkeren Umweltschaden bedeuten?

Der Klimawandel beschwört oft Bilder von Hitze, Dürre und Wirbelstürmen. Laut der jüngsten US National Climate Assessment vom 23. November 2018 haben sich die Winter in den letzten Jahren im Nordosten dreimal schneller erwärmt als in den Sommern. Diese Änderungen haben auch erhebliche Auswirkungen.

Historisch gesehen hatten über 50 Prozent der nördlichen Hemisphäre im Winter Schneebedeckung. Jetzt verringern wärmere Temperaturen die Tiefe und Dauer der Schneebedeckung im Winter. Viele Menschen gehen davon aus, dass der Winter für Organismen in kalten Klimazonen eine Ruhezeit ist, aber die jahrzehntelange Forschung zeigt, dass die klimatischen Bedingungen im Winter - insbesondere die Schneedecke - wichtige Regulatoren für die Gesundheit der Waldökosysteme und der darin lebenden Organismen sind.

Unsere Arbeit im letzten Jahrzehnt zeigt insbesondere, dass ein Rückgang der Schneedecke die Baumgesundheit beeinträchtigen und die Fähigkeit der Wälder zum Filtern von Luft und Wasser beeinträchtigen kann. Laut unserer jüngsten Studie könnte die anhaltende Erwärmung im Winter die Schneebedeckung im Nordosten der Vereinigten Staaten stark reduzieren, was zu einem starken Rückgang des Baumwachstums und der Kohlenstoffspeicherung in Wäldern führen kann.

Schnee als Decke

Wir untersuchen die nördlichen Hartholzwälder, die von Zuckerahorn, gelber Birke und amerikanischen Buchenbäumen dominiert werden, und erstrecken sich über 85.000 Quadratkilometer von Minnesota und Südzentral-Kanada nach Osten bis zu den kanadischen Seeverkehrsgebieten und den nordöstlichen Vereinigten Staaten. Diese Wälder sind für ihre leuchtenden Herbstfarben bekannt. Sie generieren Einnahmen, indem sie Touristen, Wanderer, Jäger und Camper anziehen und die Holz- und Ahornsirupindustrie unterstützen. Sie bieten auch wichtige ökologische Dienstleistungen wie die Speicherung von Kohlenstoff und die Aufrechterhaltung der Wasser- und Luftqualität.

Wenn der Winter in diese Region eindringt und die Temperaturen oft deutlich unter dem Gefrierpunkt liegen, braucht jede Art eine Isolierung, um damit zurechtzukommen. Baumwurzeln und Bodenorganismen wie Insekten benötigen zum Schutz vor Kälte eine tiefe Schneedecke - eine buchstäbliche Schneedecke. Selbst bei Minustemperaturen können die Böden bei ausreichend tiefem Schnee nicht gefroren bleiben.

Sechs Jahrzehnte Untersuchungen des Hubbard Brook Experimental Forest in New Hampshire - eine der am längsten laufenden Studien überhaupt - zeigen, dass die Schneedecke im Winter zurückgeht. Untersuchungen anderer Wissenschaftler zeigen, dass sich diese Tendenz fortsetzt, wenn sich der Trend fortsetzt, dass die Zyklen des Einfrierens / Auftauens des Bodens mit schädlichen Auswirkungen auf die Waldgesundheit steigen.

Warum Nordwälder Schnee brauchen

Seit mehr als 10 Jahren manipulieren wir in Hubbard Brook die Winterschneedecke, um die Auswirkungen des projizierten Klimawandels auf die nördlichen Hartholzwälder zu untersuchen. Im frühen Winter fahren wir nach jedem Schneefall nach draußen, um Schnee von unseren Versuchsflächen zu entfernen. Dann analysieren wir, wie der Verlust dieser Dämmschicht Bäume und Boden beeinflusst.

Wir haben herausgefunden, dass in Parzellen, wo wir Schnee entfernen, Frost einen Fuß oder mehr in den Boden eindringt, während er in nahegelegenen Referenzparzellen mit unveränderter Schneedecke selten mehr als zwei Zoll tief ist. Und so wie Einfrier-Auftau-Zyklen Schlaglöcher in den Straßen der Stadt schaffen, Einfrieren des Bodens einfrieren, Baumwurzeln töten und diejenigen, die überleben, schädigen.

Dieser Wurzelschaden löst eine Kaskade ökologischer Reaktionen aus. Tote Wurzeln zersetzen sich und regen den Kohlendioxidverlust aus dem Boden an. Bäume nehmen weniger Nährstoffe aus dem Boden auf, sammeln das toxische Element Aluminium in ihren Blättern an und produzieren weniger Astwuchs. Stickstoff, ein wichtiger Nährstoff, kann die Böden auswaschen. Bodeninsektengemeinschaften werden weniger und vielfältiger.

Abnehmende Schneedecke beeinflusst das Baumwachstum

In unserer jüngsten Veröffentlichung zeigen unsere Klima- und hydrologischen Modelle, dass die Waldfläche im Nordosten der Vereinigten Staaten, die isolierende Schneedecke im Winter empfängt, bis zum Jahr 2100 um 95 Prozent sinken könnte. Heute liegen 33.000 Quadratkilometer Wälder im Norden von New York und New York In der Regel hat England im Winter mehrere Monate Schneedecke. Bis zum Jahr 2100 könnte dieser Bereich auf ein Gebiet schrumpfen, das kleiner als 2.000 Quadratmeilen ist - etwa ein Fünftel der Größe von Vermont.

Dieser Rückgang wird zweifellos die Ski- und Schneemobilindustrie beeinträchtigen und die Straßen im Nordosten mehr Frost-Tau-Zyklen aussetzen. Es wird auch das Baumwachstum erheblich beeinflussen.

Um die Beziehung zwischen Schneedecke und Baumwachstum zu beurteilen, verwendeten wir einen speziellen Hohlbohrer, den sogenannten Inkrementbohrer, um strohgroße Holzkerne aus mehreren Zuckerahornstielen zu entfernen. Jeder dieser Bäume erlebte entweder eine natürliche Schneedecke im Winter oder fünf Jahre in Folge, in denen wir die Schneedecke des frühen Winters entfernt hatten. Wenn wir die Kerne abschleifen und unter einem Mikroskop betrachten, enthüllten sie jährliche Wachstumsringe, anhand derer wir verstehen konnten, wie jeder Baum auf seine Umgebung reagiert.

Bereits in den ersten zwei Jahren zeigten unsere Analysen einen Rückgang des Zuckerrübenwachstums um 40 Prozent bei Parzellen ohne Schneedecke. Die Wachstumsraten blieben in den nächsten drei Jahren um 40 bis 55 Prozent zurück. Im Gegensatz dazu gab es keinen Zuwachs bei den Zuckerahornbäumen in unseren Referenzflächen, wo die verschneiten Baumwurzeln mitten im Winter lagen. Diese Ergebnisse sind vergleichbar mit der Wurzelsterblichkeit, die andere Forscher in einem früheren Schneeräumungsexperiment in Hubbard Brook beobachteten.

In Hubbard Brook können Zuckerahorns mehr als die Hälfte der jährlichen Waldbiomasseanhäufung ausmachen. Infolgedessen könnten Klimaveränderungen, die die Schneedecke im Winter reduzieren und das Einfrieren der Böden verstärken, die Wachstumsraten der Wälder in der nördlichen Hartholzregion um 20 Prozent senken, allein aufgrund ihrer Auswirkungen auf diese Bäume. Wir wissen jedoch, dass auch die gelbe Birke aufgrund des Einfrierens der Böden Wurzelschäden erleidet, so dass unsere Einschätzung der Veränderungen des gesamten Waldwachstums wahrscheinlich niedrig ist.

Könnten wärmere Temperaturen der Wachstumsperiode diesen Schaden zumindest teilweise durch Stimulierung der Baumwachstumsraten ausgleichen, wie einige Untersuchungen vermuten lassen? Es wurde kaum Arbeit geleistet, um zu verstehen, wie Wälder in saisonal verschneiten Regionen auf interaktive Auswirkungen des Klimawandels über die Jahreszeiten reagieren. Um diese Lücke zu schließen, haben wir 2013 das Experiment „Climate Change Across Seasons“ in Hubbard Brook eingerichtet.

In diesem Projekt verwenden wir vergrabene Heizkabel, um Waldböden während der schneefreien Saison von April bis November um 9 Grad Fahrenheit (5 Grad Celsius) zu erwärmen. Im Winter verwenden wir eine Kombination aus Erwärmung mit eingegrabenen Heizkabeln und Schneeschaufeln, um das Einfrieren und Auftauen des Bodens zu bewirken. Unsere bisherigen Ergebnisse zeigen, dass Wurzelschäden und verringertes Baumwachstum durch Einfrieren und Auftauen des Bodens im Winter nicht durch die Bodenerwärmung während der Vegetationsperiode ausgeglichen werden.

Unsere Arbeit zeigt, wie oft übersehene Veränderungen des Winterklimas Waldökosysteme beeinflussen können. Der Verlust von Schneedecke kann das Waldwachstum, die Kohlenstoffbindung und die Nährstoffbindung reduzieren, was das ganze Jahr über wichtige Auswirkungen auf den Klimawandel und die Luft- und Wasserqualität haben wird.

Dieser Artikel wurde ursprünglich auf The Conversation von Andrew Reinmann und Pamela Templer veröffentlicht. Lesen Sie hier den Originalartikel.