В горах Колорадо ученые ищут причины проблем с водой на западе

За три с половиной дня в июне 2021 года эта площадка в Готике, штат Колорадо, превратилась из пустой строительной площадки в восемь грузовых контейнеров, в которых размещалась большая часть приборов, связанных с кампанией “Интегрированная полевая лаборатория поверхностной атмосферы” (SAIL). На этом снимке строительство второго мобильного блока.

Ранее в этом месяце Бюро мелиорации США впервые в истории объявило о нехватке воды в реке Колорадо, что вызовет принятие мер, которые потребуют от фермеров Аризоны сократить потребление оросительной воды на 20% в следующем году. Непосредственной причиной для подобных мер, является рекордно низкий уровень воды в озере Мид, крупнейшем водохранилище, питаемом рекой. Но ученые говорят, что кризис нарастал в течение многих лет и вскоре может усугубиться. По причинам, которые они до конца не понимают, но которые связаны с изменением климата на Западе, снег, выпадающий в Скалистых горах – источнике примерно 80% территории Колорадо, обеспечивает реку все меньшим и меньшим количеством воды. “Это настоящий водный кризис для Юго-Запада”, – говорит Джонатан Оверпек, климатолог из Мичиганского университета в Анн-Арборе.

Исследователи запустят инновационную кампанию на следующей неделе, чтобы лучше понять фундаментальные процессы – от поведения крошечных частиц, которые становятся снежинками, до погодных условий, влияющих на то, как снег растворяется в воздухе и которые определяют, как горные осадки становятся поверхностными водами для 40 миллионов человек. “Что заставляет нас работать по утрам, так это большое количество людей, которые действительно полагаются на этот ресурс”, – говорит ученый-атмосферист Дэниел Фельдман из Национальной лаборатории Лоуренса Беркли Министерства энергетики США (LBNL), который возглавляет эту работу.

Для проекта стоимостью более 8 миллионов долларов, называемого Комплексной полевой лабораторией приземной атмосферы (SAIL), исследователи развертывают десятки приборов, которые будут измерять ветер, дождь, снег, солнечную радиацию и атмосферные частицы в высокогорном водоразделе Колорадо. Гидрологи уже много лет изучают там ручьи и коренные породы. Но дополнительное оборудование будет собирать данные, предназначенные для уточнения моделей, которые обеспечивают множество важных прогнозов, включая краткосрочные прогнозы сезонных стоков рек и долгосрочные сценарии того, как изменение климата может повлиять на региональные водные ресурсы. SAIL “собирается добиться прогресса в исследованиях горных осадков и снега, которые были бы невозможны без инструментов такого уровня”, – говорит Джессика Лундквист, горный гидролог из Вашингтонского университета в Сиэтле.

Юго-запад США уже 2 десятилетия страдает от засухи. Уменьшение количества осадков усугубляется снижением так называемой эффективности стока, или доли осадков, которые достигают водных путей. В 1930-40-е годы ученые говорят, что около 17% осадков по всему бассейну выпало в реку Колорадо. В настоящее время это составляет примерно 14%, снижение, которое в значительной степени способствовало недавней потере речного стока на 20%. Общее потепление на Западе, по-видимому, приводит к изменениям, и возможные механизмы включают увеличение поглощения воды растениями и потерю снежного покрова, что означает, что земля и атмосфера теплее, потому что меньше солнечного света отражается обратно в космос. Хотя тенденция к повышению эффективности стока очевидна, компьютерным моделям трудно точно предсказать, сколько воды достигнет рек, отчасти из-за неясности физических механизмов, задействованных в этом процессе.

Специалисты по парусному спорту работали в течение лета в бассейне Ист-Ривер площадью 300 квадратных километров в Колорадо, устанавливая приборы, которые являются частью программы мобильных измерений атмосферного излучения Министерства энергетики США. Чтобы лучше видеть дождь и снег, они установили одну радиолокационную систему на вершине горнолыжного курорта. По словам В. Чандрасекар из Университета штата Колорадо, его разрешение составляет 100 метров, что в 5-10 раз больше, чем у обычного метеорологического радара. Это позволит исследователям идентифицировать и количественно оценить количество осадков, включая различные типы частиц снега, которые находятся на расстоянии до 50 километров.

Другие инструменты должны позволять SAIL наблюдать за взаимодействиями, которые трудно отследить, такими как крошечные аэрозольные частицы, которые помогают создавать снежинки. Исследователи также надеются разгадать тайны процесса, называемого сублимацией, при котором снег превращается непосредственно в водяной пар. При определенных условиях для сублимации требуется около 20% пикового снежного покрова, прежде чем он растает. “Сублимация редко изучается в сочетании со многими другими атмосферными процессами”, – говорит Джефф Лукас, исследователь и консультант в области водных ресурсов и климата из Колорадо. SAIL также будет измерять, где, когда и сколько выпадает дождя и снега, помогая гидрологам лучше понять, как вода перемещается через горы в ручьи, сказала соучредитель исследования Розмари Кэрролл, гидролог из Исследовательского института пустыни.

Параллельно с SAIL Национальное управление океанографии и атмосферы работает над улучшением своих моделей погоды и прогнозов для горных регионов. Геологическая служба США установит новые измерители потока воды в верховьях реки Колорадо в рамках своей системы мониторинга воды следующего поколения.

Однако наибольшая синергия кампании связана с крупным исследованием в области гидрологии и биогеохимии, которое Министерство энергетики финансировало в бассейне Ист-Ривер с 2014 года, изучая, как оно накапливает и высвобождает воду, углерод, питательные вещества и загрязнение. В настоящее время в проекте участвуют сотни ученых, отмечает Сьюзан Хаббард из LBNL, которая руководит проектом. И это разнообразие беспокоит многих членов SAIL. “Это похоже на научное родео”, – говорит экогидролог Алехандро Флорес из Государственного университета Бойсе.

Один из ключевых вопросов заключается в том, насколько легко будет перенести любые идеи из SAIL в другие горные регионы по всему миру, где реки сталкиваются с аналогичными проблемами. “Если мы не разберемся во всех деталях, мы будем решать проблему управления водными ресурсами с одной рукой, связанной за спиной”, – говорит Оверпек. “Возможно, больше похоже на обе руки”.
Эрик Стокстад

Эрик Стокстад

Эрик – репортер журнала Science , освещающий вопросы окружающей среды.

Читайте также: