なぜ降雪量が減少したために環境被害が拡大するのか

気候変動はしばしば暑さ、干ばつ、そしてハリケーンのイメージを思い起こさせます。しかし、2018年11月23日に発表された最新の米国国家気候評価によると、冬は北東部の夏の数倍の速さで近年昇温しています。これらの変化もまた著しい効果を生み出しています。

歴史的に、北半球の50パーセント以上が冬に積雪をしていました。現在は気温が上昇しているため、冬の積雪の深さと期間は減少しています。多くの人々は、冬は寒い気候では生物にとって休眠期であると考えていますが、今では何十年もの研究が冬の気候条件 - 特に積雪 - が森林生態系とそれらに住む生物の健康の重要な調整因子であることを示しています。

特に、過去10年間の私たちの仕事は、積雪量の減少が木の健康を害し、森林の空気と水をろ過する能力を低下させる可能性があることを示しています。我々の最新の研究は、継続的な冬の温暖化がアメリカ合衆国北東部の積雪を大幅に減少させ、木の成長と森林の炭素貯蔵量を大幅に減少させることを発見した。

毛布としての雪

私たちは北部の広葉樹林を研究しています。それは砂糖カエデ、シラカバ、アメリカのブナの木で占められています。そしてミネソタとカナダ中南部からカナダの海事地域とアメリカ合衆国北東部まで85,000平方マイルに及びます。これらの森林は鮮やかな秋の色で有名です。彼らは観光客、ハイカー、ハンター、そしてキャンピングカーを引くことによって収入を生み出し、そして木材とメープルシロップ産業をサポートします。また、炭素の貯蔵や水質と大気の質の維持など、重要な生態系サービスも提供しています。

冬がこの地域に侵入すると、気温が氷点下になることがよくありますが、対処するにはすべての種が断熱材を必要とします。木の根や昆虫のような土壌生物は、寒さから保護するために深い積雪に頼っています - 文字通り雪の毛布。氷点下でも、雪が十分に深ければ、土が凍っていないままになる可能性があります。

ニューハンプシャー州のHubbard Brook実験林からの60年間の研究 - どこでも最も長く続いている研究の一つ - が、冬の積雪が減少していることを示しています。他の学者たちが行った研究によると、この傾向が続くと、森林の健康に悪影響を及ぼしながら、土壌の凍結融解サイクルの可能性が高まるということです。

なぜ北の森が雪を必要とするのか

10年以上にわたり、ハバードブルックで冬の積雪を操作して、予測される気候変動が北部の広葉樹林に与える影響を調べてきました。初冬には、私たちは実験的なプロットから雪を取り除くために各降雪の後に屋外に向かいます。次に、この断熱層を失うことが木や土壌にどのように影響するかを分析します。

雪を除去する区画では、霜が1フィート以上の深さまで土壌に浸透する一方、変更されていない積雪がある付近の参照区画では霜が2インチを超える深さまで伸びることはめったにありません。そして凍結融解のサイクルが街の通りにくぼみを作り出すのと同じように、土が凍って磨耗し、木の根を殺して生き残ったものを傷つけます。

この根の損傷は、一連の生態学的反応を引き起こします。死んだ根は分解し、土壌からの二酸化炭素の損失を促進します。木は土からより少ない栄養素を取り、彼らの葉の中に有毒な元素アルミニウムを蓄積し、そしてより少ない枝成長を生み出す。重要な栄養素である窒素は、土壌から洗い流すことができます。土壌昆虫群集はそれほど豊富ではなく多様になっています。

積雪量の減少は樹木の成長に影響を与える

私たちの最新の論文では、気候と水文学的モデルにより、断熱性の真冬の積雪を受ける米国北東部の森林面積は2100年までに95％減少する可能性があることが示されています。イギリスは通常冬に数ヶ月間積雪があります。 2100年までに、この領域は2,000平方マイルよりも小さいパッチに縮小する可能性があり、これはバーモント州の約5分の1のサイズです。

この減少は間違いなくスキーやスノーモービル産業に害を及ぼし、北東部の道路をより凍結融解のサイクルにさらすでしょう。それは木の成長にも大きな影響を与えます。

積雪と木の成長の関係を評価するために、我々は複数のシュガーメープルの茎からわらサイズの木の芯を取り除くためにインクリメントボーラーと呼ばれる特殊な中空ドリルビットを使いました。これらの木はそれぞれ、自然の冬の積雪または5年連続で初冬の積雪を経験しました。コアを研磨して顕微鏡で観察したところ、各ツリーがその環境にどのように反応したかを理解するために使用できる年輪が明らかになりました。

最初の2年以内に、私たちの分析は、積雪のない区画からのサトウカエデの成長が40パーセント減少することを示しました。今後3年間で成長率は40〜55％低下し続けた。対照的に、雪に覆われた木の根が真冬にある私たちの参照プロットでは、サトウカエデの木に成長の低下はありませんでした。これらの結果は、他の研究者がハバードブルックでの以前の除雪実験で観察した根の死亡率に匹敵します。

Hubbard Brookでは、砂糖カエデが年間の森林バイオマス蓄積の半分以上を占めています。その結果、冬の積雪を減らし、土壌の凍結を増やす気候の変化は、これらの木への影響を通して、広葉樹林北部地域の森林成長率を20％減らす可能性があります。しかし、我々は、黄色シラカバもまた土壌凍結に応答して根の損傷を被ることを知っているので、森林全体の成長における変化についての我々の推定値は低いと思われる。

いくつかの研究が示唆しているように、より暖かい生育期の気温は、木の成長速度を刺激することによってこの損傷を少なくとも部分的に補うことができるでしょうか？季節的に雪に覆われた地域の森林が、季節を越えて気候変動の相互作用効果にどのように反応するかを理解するための研究はほとんど行われていません。このギャップを埋めるために、私たちは2013年にハバードブルックで季節ごとの気候変動実験を設立しました。

このプロジェクトでは、4月から11月までの積雪のない季節に、9度（5℃）で森林の土壌を温めるために、埋設暖房ケーブルを使用しています。冬には、土壌の凍結融解サイクルを誘導するために、埋設暖房ケーブルによる温暖化と除雪の組み合わせを使用します。我々の結果はこれまでのところ冬の土壌凍結融解サイクルによって引き起こされる根の損傷と減少した木の成長は成長期の間の土壌温暖化によって相殺されないことを示している。

私たちの研究は、冬の気候の見過ごされがちな変化が森林生態系にどのように影響を与えることができるかを示しています。積雪がなくなると、森林の成長、炭素の隔離、および栄養素の貯留が減少する可能性があります。これは、一年中気候変動や大気と水質に重要な影響を及ぼします。

この記事は、当初Andrew ReinmannとPamela TemplerによるThe Conversationに掲載されました。ここで元の記事を読んでください。