Um em cada dez americanos depende do Rio Colorado para tomar banho e beber. As temperaturas recordes do último outono reduziram a camada de neve do Colorado no inverno de 2018 para 66 por cento do normal, gerando preocupação com a escassez de água rio abaixo e deixando os gestores da água com medo de uma repetição.

A diminuição da camada de neve não é tudo o que afeta as reservas de água. Em muitos locais em todo o oeste, onde o Serviço de Conservação de Recursos Naturais federal mede a quantidade de água contida na neve, este equivalente neve-água foi menos da metade dos valores medianos de 1981 a 2010. Ao mesmo tempo, a neve está derretendo perto das cabeceiras do rio Colorado quase um mês antes do que acontecia há 25 anos. Este derretimento anterior por si só causou mudanças nas comunidades de plantas que funcionam para absorver nutrientes, poluentes de processo, e filtrar sedimentos conforme a água se move rio abaixo - aumentando as chances de que a qualidade da água, não apenas o abastecimento de água, ficará em risco devido ao aquecimento da atmosfera.

O especialista em ciências hidrológicas e geoquímico Bhavna Arora faz parte de uma equipe do Laboratório Nacional Lawrence Berkeley do Departamento de Energia (Berkeley Lab) que estuda as mudanças nessas comunidades de plantas em uma área de pesquisa ao longo da bacia do East River perto das cabeceiras do Upper Colorado River. Os estudos da equipe, parte do programa Watershed Function Scientific Focus Area (SFA), são úteis para prever como as perturbações em bacias hidrográficas montanhosas - como inundações, seca, alteração da camada de neve e derretimento anterior - impactar o fornecimento de água a jusante, nutrientes, carbono, e metais.

P. Você tem alguma preocupação com o que sua equipe está observando na bacia hidrográfica do East River?

R. A neve está derretendo em média 26 dias antes do que acontecia há 25 anos - um fenômeno que forçou uma mudança dramática nas comunidades de plantas dentro e ao redor do Alto Rio Colorado. Quando a neve derrete muito mais cedo do que o esperado, nitratos produzidos naturalmente sob a neve podem ser liberados muito mais cedo na bacia hidrográfica. Plantas regionais que historicamente funcionaram sincronizadamente dentro do ecossistema para absorver nutrientes da água dentro do degelo foram substituídas ou correm o risco de serem substituídas por plantas mais resistentes à seca que podem não ser tão hábeis em absorver nitrogênio.

No East River, Colorado, local de captação que é a bancada de teste do projeto, uma comunidade de arbustos com raízes profundas substituiu gramíneas e flores silvestres, que rapidamente absorvem nitrogênio e outros elementos da água no degelo. Ainda não está claro se essas novas plantas podem assumir rapidamente os papéis de suas predecessoras e impedir que nitratos ou outros elementos entrem no rio e se desloquem rio abaixo.

Em pouco menos de dois anos desde que nossa equipe começou a estudar lá, testemunhamos o derretimento de neve anterior acompanhado pela diminuição da camada de neve que se tornou tão familiar em regiões inteiras do oeste montanhoso. Queríamos quantificar a influência das mudanças no tempo do degelo e na profundidade da neve acumulada nos fluxos de nitrogênio e na fenologia das plantas em nosso local de estudo.

Estamos usando sensoriamento remoto e poços que penetram profundamente na rocha para monitorar continuamente a vegetação, temperaturas sazonais do solo, Disponibilidade de água, e química em todo o solo e subsuperfície no local do East River. Nossas observações e simulações de computador mostram que um pico anterior e maior de nitrato ocorre com o degelo precoce em comparação a um cenário normal de degelo. Também descobrimos que as diferenças nas profundidades da camada de neve alteram o tampão de nutrientes sob a neve e a concentração de amônia. Em ambos os cenários de derretimento precoce da neve e redução da acumulação de neve, arbustos substituíram gramíneas e flores silvestres como a vegetação dominante.

Embora muito mais estudos precisem ser feitos, este é um excelente exemplo da complexidade da natureza.

P:Essas observações significam problemas para a água que termina como água de irrigação para as plantações ou como água potável para os residentes rio abaixo?

A. As bacias hidrográficas, como o East River, representam uma seção do rio que não foi afetada por mudanças no uso da terra, como a agricultura. O que é preocupante não são as concentrações que vemos nesses locais de pesquisa primitivos, mas o que isso significa para a água conforme ela se move rio abaixo. Os picos de nitratos após um longo, secas prolongadas são particularmente preocupantes porque os riscos do excesso de nitratos para a saúde humana são bem conhecidos e merecem nossa atenção. Chuvas intensas como as que experimentamos levam ao excesso de nitratos sendo lixiviado para o rio, o que poderia colocar em risco o abastecimento de água a jusante.

Sem investigar muitos outros sites ao longo de vários anos, ainda é muito cedo para dizer como o aumento da concentração de nitrato nas bacias de captação pode impactar o escoamento conforme ele se move rio abaixo. Mas é razoável acreditar que sim. Considere as regiões agrícolas, por exemplo. Historicamente, adicionamos nitrogênio aos solos das terras agrícolas como fertilizante. Como resultado, tem havido um acúmulo de nitratos nas águas subterrâneas e emissões de óxido nitroso para a atmosfera nas principais regiões agrícolas. Então, embora o excesso de nitratos na água perto de nosso remoto local de pesquisa não represente uma ameaça significativa à saúde humana, não podemos ter certeza de que o mesmo é verdadeiro rio abaixo em águas dentro e ao redor de terras que são intensamente usadas.

P. Começamos discutindo a seca e o calor recordes no Colorado e em todo o oeste dos EUA. Se as temperaturas do verão e a falta de precipitação forem uma indicação, parece improvável que possamos esperar que o outono e o inverno estejam mais de acordo com a norma histórica. Esses padrões erráticos são preocupantes?

A. O momento do derretimento da neve é ​​fundamental para o crescimento da planta e a duração da estação de crescimento, estabelecendo o ponto de partida para quando as plantas emergem de sua dormência de inverno e começam a crescer. O momento exato do derretimento da neve também é fundamental para o nosso trabalho, pois representa uma das épocas mais importantes e dinâmicas do ano - um período em que há muito para estudar e entender.

Modeladores geoquímicos como eu se beneficiam do acesso a dados de qualidade sobre padrões de neve, temperatura, umidade, e outros fatores que podem causar mudanças em bacias hidrográficas montanhosas. Por décadas, os hidrólogos podiam cronometrar suas observações de campo de acordo com o tempo relativamente previsível do derretimento da neve e a profundidade da camada de neve com base em padrões históricos. A consistência relativa na precipitação e temperatura também nos permite prever a resposta futura da bacia hidrográfica a esses fatores com base em tendências anteriores, além das observações atuais.

As enormes flutuações no acúmulo e derretimento da neve exigiram que desenvolvêssemos uma rede de sensores que medem de maneira autônoma a temperatura e a água do solo e capturam continuamente vídeos da superfície da neve. Dessa forma, podemos "observar" o início do degelo por meio de mudanças na água e na temperatura e prever o intervalo de datas provável de condições sem neve com uma ou duas semanas de antecedência. Depois, mobilizamos nossas equipes e equipamentos e vamos lá!

Com mudanças nas comunidades de plantas devido ao degelo precoce, ainda não sabemos quão bem essas novas comunidades de plantas trabalharão juntas para absorver nitrogênio e outros nutrientes. Uma vez que essas novas comunidades de plantas podem levar anos para se estabelecerem, precisamos usar modelos de computador para prever o que pode acontecer. Com a mudança no tempo de degelo de tendências históricas - e no fluxo mesmo de ano para ano, torna-se ainda mais difícil prever o que as mudanças nos padrões de temperatura e precipitação significarão para o abastecimento de água em dois anos, muito menos 10 ou 50 anos.

Nossa maior esperança é construir os melhores modelos de computador possíveis que possam explorar numericamente todos esses fatores (tempo de degelo, seca, monções, espécies de plantas, etc.) combinados, e testar esses modelos com dados de campo. Dessa forma, esperamos prever a quantidade e a qualidade futuras de nossa água à medida que ela flui rio abaixo e impacta usuários e ecossistemas muito distantes de sua origem no Alto Rio Colorado.