Uno de cada 10 estadounidenses depende del río Colorado para bañarse y beber. Las temperaturas récord del otoño pasado redujeron la capa de nieve de Colorado en el invierno de 2018 al 66 por ciento de lo normal, despertando preocupación por la escasez de agua río abajo y dejando a los administradores del agua temerosos de que se repita.

La disminución de la capa de nieve no es todo lo que afecta las reservas de agua. En muchos sitios en el oeste donde el Servicio de Conservación de Recursos Naturales federal mide la cantidad de agua contenida en la nieve, este equivalente de agua de nieve fue menos de la mitad de los valores medios de 1981 a 2010. Al mismo tiempo, la nieve se está derritiendo cerca de la cabecera del río Colorado casi un mes antes que hace 25 años. Este deshielo anterior por sí solo ha provocado cambios en las comunidades de plantas que funcionan para absorber nutrientes, contaminantes del proceso, y filtrar los sedimentos a medida que el agua se mueve río abajo, lo que aumenta las probabilidades de que la calidad del agua, no solo suministro de agua, se pondrá en peligro por una atmósfera cálida.

El experto en ciencias hidrológicas y geoquímico Bhavna Arora es parte de un equipo en el Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley (Berkeley Lab) del Departamento de Energía que estudia los cambios en estas comunidades de plantas en un área de investigación a lo largo de la cuenca del East River cerca de las cabeceras del Upper Colorado River. Los estudios del equipo, parte del programa Watershed Function Scientific Focus Area (SFA), son útiles para predecir cómo las perturbaciones en las cuencas hidrográficas montañosas, como inundaciones, sequía, cambio de la capa de nieve y el deshielo anterior:impactan en el suministro de agua corriente abajo, nutrientes, carbón, y metales.

P. ¿Le preocupa algo sobre lo que su equipo está observando en la cuenca del East River?

R. La nieve se está derritiendo un promedio de 26 días antes que hace 25 años, un fenómeno que ha forzado un cambio dramático en las comunidades de plantas en y alrededor del río Colorado superior. Cuando la nieve se derrita mucho antes de lo esperado, Los nitratos producidos naturalmente debajo de la nieve pueden liberarse mucho antes en la cuenca. Las plantas regionales que históricamente funcionaron sincrónicamente dentro del ecosistema para absorber nutrientes del agua dentro del deshielo, han sido reemplazadas o corren el riesgo de ser reemplazadas por plantas más resistentes a la sequía que pueden no ser tan hábiles para absorber nitrógeno.

En el East River, Colorado, sitio de captación que es el banco de pruebas del proyecto, una comunidad de arbustos de raíces profundas ha reemplazado a las hierbas y las flores silvestres, que rápidamente absorben nitrógeno y otros elementos del agua dentro del deshielo. Todavía no está claro si estas nuevas plantas pueden asumir rápidamente los roles de sus predecesoras y evitar que los nitratos u otros elementos ingresen al río y viajen río abajo.

En poco menos de dos cortos años desde que nuestro equipo comenzó a estudiar allí, hemos sido testigos del deshielo anterior acompañado por la disminución de la capa de nieve que se ha vuelto tan familiar en regiones enteras del montañoso oeste. Queríamos cuantificar la influencia de los cambios en el momento del deshielo y la profundidad de la capa de nieve sobre los flujos de nitrógeno y la fenología de las plantas en nuestro sitio de estudio.

Estamos utilizando sensores remotos y pozos que penetran profundamente en el lecho rocoso para monitorear continuamente la vegetación, temperaturas estacionales del suelo, disponibilidad de agua, y química en todo el suelo y el subsuelo en el sitio de East River. Nuestras observaciones y simulaciones por computadora muestran que un pico de nitrato más temprano y más grande ocurre con el deshielo temprano en comparación con un escenario normal de deshielo. También encontramos que las diferencias en la profundidad de la capa de nieve cambian el amortiguador de nutrientes debajo de la nieve y la concentración de amoníaco. En ambos escenarios de deshielo temprano y disminución de la capa de nieve, los arbustos han reemplazado a las hierbas y las flores silvestres como vegetación dominante.

Aunque se necesita hacer mucho más estudio, este es un excelente ejemplo de la complejidad de la naturaleza.

P:¿Estas observaciones representan un problema para el agua que termina como agua de riego para cultivos o como agua potable para los residentes río abajo?

R. Las cuencas de captación de cabeceras como el East River representan una sección del río que no se ha visto afectada por cambios en el uso de la tierra, como la agricultura. Lo preocupante no son las concentraciones que estamos viendo en estos prístinos sitios de investigación, sino lo que eso significa para el agua a medida que avanza río abajo. Los picos de nitratos después de un largo, Las sequías prolongadas son particularmente preocupantes porque los riesgos del exceso de nitratos para la salud humana son bien conocidos y merecen nuestra atención. Las lluvias intensas como las que hemos experimentado hacen que el exceso de nitratos se filtre al río, lo que podría poner en riesgo el suministro de agua corriente abajo.

Sin investigar muchos más sitios durante varios años, Es demasiado pronto para decir cómo el aumento de la concentración de nitratos en las cuencas hidrográficas podría afectar la escorrentía a medida que avanza río abajo. Pero es razonable creer que podría. Tomemos las regiones agrícolas, por ejemplo. Históricamente, hemos agregado nitrógeno a los suelos de las tierras agrícolas como fertilizante. Como resultado, Ha habido una acumulación de nitratos en las aguas subterráneas y emisiones de óxido nitroso al aire en las principales regiones agrícolas. Entonces, mientras que el exceso de nitratos en el agua cerca de nuestro sitio de investigación remoto podría no representar una amenaza significativa para la salud humana, no podemos estar seguros de que ocurra lo mismo río abajo en las aguas de las tierras que se utilizan intensamente y sus alrededores.

P. Comenzamos discutiendo la sequía y el calor récord en Colorado y en todo el oeste de los EE. UU. Si las temperaturas del verano y la falta de precipitación son una indicación, Parece poco probable que podamos esperar que el otoño y el invierno se ajusten más a la norma histórica. ¿Son estos patrones erráticos motivo de preocupación?

A. El momento del deshielo es fundamental para el crecimiento de las plantas y la duración de la temporada de crecimiento. estableciendo el punto de partida para cuando las plantas emerjan de su letargo invernal y comiencen a crecer. El momento exacto del deshielo también es fundamental para nuestro trabajo, ya que representa una de las épocas más importantes y dinámicas del año, un período en el que hay mucho que estudiar y comprender.

Los modeladores geoquímicos como yo se benefician de tener acceso a datos de calidad sobre patrones de nieve, temperatura, humedad, y otros factores que pueden causar cambios dentro de las cuencas hidrográficas montañosas. Por décadas, Los hidrólogos podían cronometrar sus observaciones de campo de acuerdo con el tiempo relativamente predecible del deshielo y la profundidad de la capa de nieve basándose en patrones históricos. La consistencia relativa en la precipitación y la temperatura también nos permite predecir la respuesta futura de la cuenca a estos factores con base en tendencias anteriores, además de las observaciones actuales.

Las enormes fluctuaciones en la acumulación y el derretimiento de la nieve nos han obligado a desarrollar una red de sensores que miden de forma autónoma la temperatura y el agua del suelo y capturan continuamente videos de la superficie de la nieve. De esta manera podemos "observar" el inicio del deshielo a través de cambios en el agua y la temperatura y predecir el rango de fechas probable de condiciones sin nieve con una o dos semanas de anticipación. ¡Entonces movilizamos a nuestros equipos y equipos y salimos!

Con cambios en las comunidades vegetales debido al deshielo temprano, aún no sabemos qué tan bien esas nuevas comunidades de plantas trabajarán juntas para absorber nitrógeno y otros nutrientes. Dado que esas nuevas comunidades de plantas pueden tardar años en establecerse, necesitamos usar modelos de computadora para predecir lo que podría suceder. Con el cambio en el tiempo de fusión de la nieve de las tendencias históricas, y en un cambio incluso de un año a otro, se vuelve aún más difícil predecir qué significarán los cambios en los patrones de temperatura y precipitación para el suministro de agua en dos años, mucho menos 10 o 50 años.

Nuestra mejor esperanza es construir los mejores modelos de computadora posibles que puedan explorar numéricamente todos estos factores (tiempo de deshielo, sequía, monzones especies de plantas, etc.) combinados, y probar esos modelos con datos de campo. De esta manera, esperamos predecir la cantidad y calidad futuras de nuestra agua a medida que fluye río abajo e impacta a los usuarios y ecosistemas muy alejados de su origen en el Río Colorado superior.