Новый анализ изменения характера стока, стока рек и других элементов гидрологического цикла на Северном склоне Аляски показывает значительное увеличение доли подповерхностного стока и расхода холодного сезона, изменения, которые, по мнению авторов, «согласуются с потепление и таяние вечной мерзлоты."
Первый автор и ведущий специалист по моделированию климата Майкл Роулинз, адъюнкт-профессор геонаук Массачусетского университета в Амхерсте и заместитель директора его Центра исследований климатических систем, говорит, что потепление, как ожидается, превратит Арктику из системы, в которой преобладают поверхностные воды, в система с преобладанием подземных вод, с более глубокими путями стока воды через недавно оттаявшие почвы.
«Наши модельные оценки таяния вечной мерзлоты согласуются с представлением о том, что экосистемы регионов вечной мерзлоты переходят от чистого поглотителя к чистому источнику углерода», - говорит он.
Пресноводные и речные питательные вещества, в основном растворенный органический углерод, переносятся в прибрежные эстуарии и лагуны, расположенные на границе суша-море, объясняет он. Полевые измерения стока рек и других элементов гидрологического цикла в этом регионе немногочисленны, что требует подхода к моделированию для количественной оценки потоков суши-океана и их изменяющегося характера. Подробности этого исследования арктических водоразделов между Уткиагвиком (ранее Барроу) и к западу от реки Маккензи в период с 1981 по 2010 год приведены в текущем выпуске журнала открытого доступа The Cryosphere.
Роулинз объясняет: «Наша модель включает в себя современное моделирование циклов замерзания-оттаивания почвы, которое позволяет нам лучше понять, как оттаивание вечной мерзлоты влияет на величину и время гидрологических потоков. Наши результаты указывают на более сильное воздействие потепления в хребте Брукс, включая увеличение речного стока в холодное время года (с ноября по апрель) и более высокую долю подземного стока».
Кроме того, изменение наземных притоков может влиять на структуру пищевой сети в лагунах, добавляет он. «Местные коренные сообщества полагаются на рыбу и другие ресурсы в экосистеме лагуны для своего образа жизни. Более 150 видов перелетных и водоплавающих птиц поддерживаются пищевыми цепями региона, а лагуны являются богатым источником рыбы для местных сообществ. В частности, охотники и жители Барроу, Нуиксут и Кактвик полагаются на высокую производительность систем лагуны Бофорта для поддержания популяций рыб и птиц, в которых они живут, отмечает Роулинз..
В этом исследовании модель водного баланса вечной мерзлоты была проверена на основе доступных измерений речного стока и воды, содержащейся в снежном покрове. Роулинз и его коллеги разрабатывают модели и используют измерения на месте и дистанционное зондирование, чтобы лучше понять потоки в лагуны Бофорта и предсказать, как таяние вечной мерзлоты и интенсификация водного цикла повлияют на динамику экосистемы лагун в будущем.
Исследователи наблюдали значительное увеличение расхода воды в холодное время года, например, 134% от среднего многолетнего значения для Северного склона и 215% в бассейне реки Колвилл, например. Они сообщают о значительном увеличении отношения подземного стока к общему стоку для региона и для 24 из 42 изучаемых бассейнов, при этом изменение наиболее распространено в северных предгорьях хребта Брукс. Они также наблюдали сокращение наземных запасов воды, которое они приписывают потерям почвенного льда, которые перевешивают увеличение запасов почвенной жидкой воды. Сроки пика весеннего паводка, стока талых вод в море, также сместились раньше на 4,5 дня.
Авторы говорят, что полученные результаты имеют значение для круговорота воды, углерода и питательных веществ в прибрежных экосистемах и за их пределами. Реки Норт-Слоуп являются основным источником новых органических питательных веществ для лагун моря Бофорта, при этом половина годового экспорта пресной воды приходится на двухнедельный период после весеннего таяния снега. По мере потепления климата углерод, который в течение тысячелетий накапливался в вечной мерзлоте, оттаивает, мобилизуется и переносится в речные системы, а часть выбрасывается в атмосферу в виде двуокиси углерода и метана, что ускоряет потепление.