Направи дарение на училище!

На 23 юни 1802 г. немският географ, естественик и пътешественик Александър фон Хумболт, придружен от своите спътници, не успява да изкачи набелязания връх. Измъчени от височинната болест, с окървавени ръце без ръкавици и с прогизнали ботуши, те се изправят срещу последното препятствие по пътя им към Чимборасо, 6268-метров вулкан в Еквадор, по това време смятан за най-високата планина в света. Облаците за кратко се разпръскват, разкривайки върха, както и една пропаст, преграждаща пътя им. Те са достигнали „място, по-високо от всички останали, които хората някога са достигали”, споделя по-късно Хумболт. Налага се да се върнат назад само на 400 метра от целта си.

В крайна сметка Хумболт превръща поражението си на Чимборасо в триумф, който затвърждава репутацията му на учен и изследовател. Скоро след спускането от върха той начертава ефектна схема,  използвайки склоновете на Чимборасо, за да изобрази една концепция, изкристализирала по време на изкачването – климатът е организиращ принцип на живот, оформящ отделните растителни и животински общества, характерни за различните географски ширини и височини.  Тази диаграма, която Хумболт нарича „Таблица на тялото”, се превръща в „емблематичен крайъгълен камък, почти мит, в историята на екологията”, според една публикувана наскоро книга.

В наши дни идеята, родена на Чимборасо, че физическата среда оформя великите модели на живота, предоставя на учените интелектуалната рамка за разбирането на един феномен, който самият Хумболт едва ли е могъл да предвиди – как предизвиканата от човека промяна в климата променя живота на планетата.

Планините в тропиците са идеални за наблюдение на климатичните изменения. „В тях има много климат в малко пространство”,  както отбелязва Хумболт в своето „Есе върху географията на растенията” (Essay on the Geography of Plants): „На тази стръмна повърхност издигаща се от океанското равнище до вечните снегове, различен климат се редува и така да се каже се наслагва.” Понастоящем глобалното затопляне бързо пренастройва тези редуващи се климатични картини. И няколко върха, сред които Чимборасо, отчитат ярко въздействието на климатичните промени, предизвикани от хората. Масивният вулкан, за последно изригнал преди 1500 години, се издига само на 1° южно от екватора. На източните му склонове влагата, идваща от съседния басейн на Амазонка, в съчетание с температурите, които рядко падат под нулата, с изключение на най-високите възвишения , благоприятстват изобилието от пасища, блата и участъци с мъх и дребни алпийски растения през пролетта – всички те са силно чувствителни към промените в климата. Под върха се разпростират 17 малки ледника – решаващ източник на вода за десетки хиляди хора, живеещи в подножието.

В резултат на това вулканът отново е във фокуса на изследователите. Някои учени проследяват колко бързо растенията, които е наблюдавал Хумболт, мигрират нагоре с повишаване на температурите. Други проучват как оттеглящите се ледници и пробиващата си път нагоре растителност могат да променят притока на вода от високите части на планината към ниските. Всички тези проучвания картографират взаимодействието на растения, хора и среда, която сега се изменя вследствие на човешката дейност.

Разбери повече за БГ Наука:

***

„Съвременните изследвания възприемат холистичния подход на Хумболт, адаптиран към ерата на изменението на климата”, споделя екологът Присила Муриел от Папския католически университет в Кито, Еквадор. „Данните не са само и единствено данни; всъщност трябва да излезете сред природата и да наблюдавате нещата, за да се опитате да усетите какво всъщност представлява природата“, добавя тя.

Географът Джеф Ла Френиер (вляво) и аспирантката Лий Нелсън (вдясно) изследват ролята на свиващите се ледници. (Credit: EVAN TAYLOR/GUSTAVUS ADOLPHUS COLLEGE)

През юни в зелената долина на 4000 метра над морското равнище под върха на Чимборасо, географът Джеф Ла Френиер нагазва до кръста в бетонен напоителен канал сред  мътна вода, за да измери скоростта на водата в потока. „Това е цялата вода, която излиза от проучвателната зона в най-големия топящ се ледник на Чимборасо, заедно с водата от падналите дъждове и снега в този вододел, простиращ се на 7,5 квадратни километра”, обяснява той.

През последното десетилетие Ла Френиер, преподавател в колежа Густав Адолф в Сейнт Питър, Минесота, посещава Чимборасо веднъж или два пъти годишно, за да проучи как климатичните промени се отразяват на ледниците и на подземните води. Той е стъписан колко бързо ледът се поддава на топене.

Ледниците на Чимборасо са се свили с  около 20% от 80-те години на миналия век досега. Леонардо Пунина Туоломбо, който е израснал в местна коренна общност, е наблюдавал през годините този процес. „Спомням си, че когато бях момче, ледникът беше невероятно голям, сега е просто скала“, разказва той.

Изчезването на леда е направило планината още по-коварна, отколкото по времето на Хумболт. Скалите, оголили се след стопяването на леда, сега покриват склоновете й, застрашавайки алпинистите; един планински водач е загинал миналата пролет. Езерата, формирани в подножието, заради топящите се води периодично разрушават бреговете си, предизвиквайки наводнения, които изхвърлят кал и камъни в долините под тях.

Подобни истории се случват и на други места из тропиците. „Загубата на ледниците е доста често срещано яление“, споделя Брайън Марк, географ от държавния университет в Охайо, който проследява отстъпването на леда и влиянието му върху запасите от вода в Перу. Високите планини в тропиците са сред най-бързо затоплящите се региони на планетата. При това при изчезването на леда, който има свойството да отразява слънчевата светлина, на тяхно място се откриват по-тъмни повърхности, които абсорбират повече слънчева радиация и по този начин усилват затоплянето.

Промените във влажността също ускоряват загубата на ледниците. На места сухият сезон продължава по-дълго, лишавайки ледниците от нов сняг; на други места валежите, които по-рано са били под формата на сняг, сега по-често са във вид на дъжд. Тези процеси превръщат бляскавия някога лед на Чимборасо в почти лунен пейзаж.

Със стопяването на ледниците фермите започват да се придвижват нагоре. Когато Хумболт посещава Чимборасо през 1802 г., нивите свършват на около 3600 метра под върха. Днес с нарастването на населението и поради по-топлия климат земеделската дейност се е придвижила на стотици метри нагоре към върха.

Междувременно вече валежите трудно могат да се предвидят, оплакват се фермерите. На по-малка надморска височина в зависимост от напояването може да има две реколти годишно, което е достатъчно, за да оцелява един фермер, но може да бъде и само една. Селскостопанските общности трудно спазват споразумението си за разпределяне на водния поток.  В 80% от случаите не достига вода за напояване, в резултат на това вече се появяват конфликти между потребителите по веригата.

За да преценят важността на оттока от ледника, Ла Френиер и колегите му въвеждат данните от дъждовната вода, снега и водата, идваща от ледниците, измерени чрез автоматизирани метеорологични станции заедно с данните, събрани по време на техните проучвания като по този начин създават компютърни модели.

Изтичането на вода направо от топящия се ледник може да стане само за няколко часа в зависимост от времето. Но количеството на подземните води, попадащи в този поток, се променя по-бавно, в рамките на седмица или повече. От графиката на темпото на потока с неговите пикове и спадове може да се определи чрез модела каква част от водата идва направо от леда и каква от подземните води, които се влияят до голяма степен от валежите.

Екипът учени анализира и разтворените във водата минерали, главно магнезий и калций. Данните могат да бъдат използвани за проследяване на подземните води, които улавят минералите, проникващи през почвата. Тези допълнителни данни потвърждават, че само част от потока в напоителната система, може би около 10%, идва директно от ледника. Но това са решаващите 10% според изследователите.

Още едно явление предизвиква вниманието на учените. По-надолу в долината селата по сухите склонове на Чимборасо са изградили десетки малки бетонни язовири, за да улавят вода от изворите. Водата се отклонява по мрежа от тръби и канали, които я пренасят от планинските била до фермите и селата в ниското, чиито собствени извори мистериозно пресъхват.

Изследователите проучват едно възможно обяснение за това – част от стопилата се вода от ледниците може би не се оттича директно в потоците, а вместо това се просмуква в порестата вулканична скала под леда. След това водата циркулира под земята и се влива в подземните води, които захранват кладенците и изворите в селскостопанските общности. „Големият въпрос е каква част от подземните води са с ледников произход. Именно това се опитваме да определим количествено“, коментира Ла Френиер.

Засега компютърните модели предполагат, че стопената от ледниците вода допринася за около 20% от подземните води в конкретната област на проучване. В такъв случай отстъпването на ледниците може да се окаже причината за пресъхването на изворите на по-ниски коти , което на свой ред подтиква общините да изграждат още водни отклонения, а това допълнително намалява дебита в напоителния канал.

За да подпомогнат планирането на водната мрежа и да се предотвратят бъдещи конфликти, учените се надяват да създадат модел, който да прогнозира как леденото оттегляне ще направи водата още по-оскъдна и снабдяването по-малко надеждно за потребителите надолу по веригата – не само на Чимборасо, но и в други планински региони.

За да направят своя модел напълно реалистичен обаче, изследователите трябва да вземат предвид още един важен компонент  – растителността.

На Чимборасо сиво-зелените лишеи и мъхът са заели скалистите места, където доскоро се е разполагал ледът. Големи зелени петна по склоновете вече се наблюдават по много от върховете на Андите. Събраните от Хумболт данни помагат да се възстанови как през последните 200 години растенията са мигрирали във височина. По време на изкачванията си Хумболт периодично е отбелязвал показанията за различните коти и е събирал и описвал и растенията на тях. Тази уникална база данни, подготвена от него, позволява днес да се анализират настъпилите промени.

Първият такъв анализ е проведен с 50 алпийски растителни вида и резултатите, публикувани през 2015 г. в  Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS), са стряскащи.

Докато Хумболт е записал горна граница за растенията от 4600 метра, то през 2015 г. екипът учени ги регистрира вече на височина 5185 метра. Някои от видовете се изкачват със средно над  500 метра от 1802 г. досега.

Все пак не всички учени са убедени, че данните, представени в „Таблица на тялото”, са достатъчно надеждни, за да подкрепят подобни заключения. Самият Хумболт е предупредил да не се очаква висока точност от това, което е описал в своята таблица, която е смятал по-скоро за произведение на изкуството, колкото на науката. Затова през тази година екип от  учени отново се зае да преразгледа дневниците и колекциите на Хумболт и достигна до извода, че неговата Таблица не е достатъчно надежден запис.

Хумболт е прекарал само няколко часа на най-високите склонове на Чимборасо, освен това той и спътникът му Еме Бонплан не са събирали растения над 3600 метра. Също така двамата не са вземали проби така систематично както правят съвременните учени.

Нещо повече, изследователите откриват, че голяма част от данните на Хумболт всъщност идват от друг вулкан, високия над 5700 м Антисана, разположен на 130 километра североизточно от Чимборасо.

Екипът учени решава да направи собствено проучване на Антисана и през 2017 г. системно картографира сегашните ареали на 31 вида там. За повечето от тях, неточностите в Таблицата на Хумболт затрудняват да се изчисли колко далеч са се преместили тези растения днес. Но за един вид, сребрист храст, познат като Senecio nivalis, Еме Бонплан ясно е записал максималната надморска височина от 4860 метра, на която е бил забелязан – точно там, където започва постоянният сняг на Антисана. Сега растението се е преместило на над 5100 метра.

Това е само половината от 500-те метра, които екипът учени първоначално е изчислил, и все пак това са драматични промени. „Ще продължа да вярвам на моделите, но не и на точните числа“, отбелязва Даниел Стантън, ботаник от Университета в Минесота, който е част от екипа. „Независимо дали става въпрос за 300 или 500 метра, това е наистина съществена промяна.“

Тъй като растителността се премества нагоре, това вероятно ще рефлектира върху водните ресурси – ще покачи нивото по-специално на подземните води, идващи от топящите се ледници. Растенията могат да извличат вода от тях и да я изпускат в атмосферата във вид на водна пара, което означава, че това ще засили недостига на вода в селищата в подножието.

Изследователите се надяват чрез нови проби да могат да прецизират приблизителните оценки за това какво количество подземни води черпят растенията  – особено дълбоко вкоренените от вида  Polylepis, усукващите се „приказни” дървета на Андите.

Промяната на климата и човешкото въздействие върху него може би са направили Таблицата на Хумболд неузнаваема, но той оставя забележима следа в науката и днес мнозина учени вървят по неговите стъпки. Сисимак Дучицела от Кито, Еквадор, е една от тях и в момента работи върху докторантурата си, провеждайки полеви експерименти в Пичинча, друг еквадорски вулкан. Заедно с колегите си тя затваря малки участъци от височинна растителност в прозрачна пластмаса, създавайки по този начин фокусиран, изкуствен парников ефект. Докато ги наблюдава тя си спомня думите на Хумболт как малките и големите неща са свързани помежду си. „Това бе едно от най-вълнуващите неща за мен”, споделя Дучицела.

Превод: Елена Страхилова

Източник: Sciencemag.org

Вземете (Доживотен) абонамент и Подарете един на училище по избор!