Волны тепла в реках усиливаются в четыре раза быстрее атмосферных

Как хорошо известно жителям Сарагосы, Оренсе и, в меньшей степени, Севильи, а также всем, кто живёт рядом с ними, в периоды сильной жары река служит климатическим убежищем. Однако ситуация начинает меняться. Изучая воздействие тепловых волн с 1980 года на более чем 1400 рек, американские исследователи обнаружили, что эти экстремальные явления происходят в четыре раза чаще, чем атмосферные. Работа, опубликованная в журнале PNAS , основана на данных из США, но европейские эксперты считают, что это явление носит глобальный характер. Воздействие этих волн не ограничивается рекой.

Волны тепла становятся всё более частыми, интенсивными и продолжительными . В то же время учёные подтверждают, что изменение климата приводит к нагреванию крупных водоёмов, таких как океаны . Но что происходит с реками во время волны тепла? В принципе, эти водные пути, питаемые таянием снега или подземными притоками, смягчают температуру окружающей среды. Даже в нынешних условиях глобального потепления их изображают как климатические острова или убежища. Однако данные противоречат этим предположениям.

«Реки постоянно перемешивают тепло через движущуюся воду. Это перемешивание сглаживает температурные скачки, поэтому реки обычно не нагреваются так сильно, как окружающий воздух», — говорит профессор Университета штата Пенсильвания и соавтор этого исследования. «Но недостаток в том, что как только река нагревается, вся система, как правило, остаётся тёплой, продлевая продолжительность аномальной жары», — добавляет Ли, руководитель лаборатории, изучающей состояние водных систем . Это первый результат, полученный ими в результате измерения температуры 1471 пресноводного водотока в Соединённых Штатах.

В частности, в период с 1980 по 2022 год продолжительность обычных атмосферных волн тепла увеличилась в среднем до четырёх дней. Однако на реках экстремальные термические явления теперь длятся в среднем 7,2 дня. «У воды тепловая память лучше, чем у воздуха. Это означает, что после того, как река прогреется, она, как правило, остаётся тёплой в течение нескольких дней, поскольку вода удерживает тепло. Воздух же, напротив, может быстро нагреваться и остывать в течение дня», — объясняет Ли.

Подавляющее большинство обитателей рек, особенно рыбы, являются эктотермными — холоднокровными . И обитателями холодных вод тоже. В Северном полушарии такие основные виды, как форель, начинают испытывать тепловой стресс при температуре воды 15 °C. Авторы устанавливают порог критического теплового стресса на уровне 20 °C. С 1980 года количество дней с превышением этих температур увеличилось в среднем на 11,6 дня, хотя в некоторых бассейнах, например, в Аппалачском, оно теперь составляет 13,8. В общей сложности эпизоды теплового стресса увеличились в 82% рек, достигнув критического уровня в 74% из них.

Помимо продолжительности, подобной чрезвычайно долгой, наблюдавшейся на большей части территории Испании этим летом, волны тепла имеют ещё два важных параметра: интенсивность и частоту. Здесь реки пока не могут сравниться с атмосферной жарой: экстремальные явления не столь знойны в воде (повышение температуры на 2,6 °C по сравнению с 7,7 °C на улице) и не столь часты (2,3 волны в год по сравнению с 4,6). Но в обоих случаях разрыв сокращается, поскольку они растут (и по продолжительности) в два-четыре раза быстрее атмосферных.

В принципе, основная причина усиления тепловых волн в реках та же, что и в случае воздушных волн: изменение климата . Однако гидрографическая сеть имеет свои собственные факторы, также связанные с климатом: «Холодные грунтовые воды или таяние снега могут помочь смягчить воздействие тёплого воздуха», — отмечает исследователь. Проблема в том, что снег выпадает всё реже. Более того, чрезмерная эксплуатация водоносных горизонтов также не способствует этому. «По мере уменьшения снежного покрова и снижения поступления грунтовых вод, в связи с изменением климата, реки не могут остывать так быстро», — заключает Ли.

Существуют и другие антропогенные факторы, влияющие на потепление рек. Один из них — плотины, увеличивающие продолжительность экстремальных температур. Авторы исследования подтвердили это, связав увеличение количества водохранилищ и барьеров в некоторых бассейнах с продолжительностью этих явлений. Другим фактором, на этот раз смягчающим их, является сельское хозяйство. «Оно смягчает прибрежные волны тепла благодаря более прохладному воздуху и воде, вызванным ирригацией, о чем свидетельствуют тенденции к снижению частоты, продолжительности и интенсивности прибрежных волн тепла на возделываемых территориях», — говорит Каялвижи Садаяппан, соавтор исследования, в заметке из Университета штата Пенсильвания. Это означает, что постепенное запустение сельскохозяйственных угодий (гораздо меньшее в Соединенных Штатах, чем в Европе) может усилить воздействие тепла на речные системы.

Садаяппан и Ли смогли изучить ситуацию с американскими реками, поскольку Геологическая служба США десятилетиями регистрировала температуру речной сети страны. Однако они убеждены, что волны тепла на реках усиливаются по всему миру. В Европе нет единой базы данных и даже единой сети мониторинга рек, но есть некоторые частичные исследования, идущие в том же направлении.

Несколько лет назад итальянские, голландские и швейцарские исследователи изучали тепловой стресс, которому подверглись 19 швейцарских рек во время трех самых сильных волн тепла, которые Центральная Европа пережила с начала наблюдений: в 2003, 2006 и 2015 годах. Исследование было опубликовано в 2018 году , поэтому оно не включает самые последние, которые превзошли почти все из них. Худшая произошла в период с конца июля по середину августа 2003 года, когда только в Испании погибли тысячи людей . Исследование показывает, как равнинные реки потеряли значительную часть своего водного стока, но не те, которые питались снегом, который, быстро тая, имел противоположный эффект. Хуже всего было наблюдаемое температурное отклонение. Нунцио Севилья, исследователь из Швейцарского федерального технологического института в Цюрихе, оценивает его в «почти четыре градуса» по сравнению со средним значением, зарегистрированным с 1984 года.

Воздействие речных тепловых волн не влияет на человека, по крайней мере, напрямую. Страдает сама река. Исследование популяций моллюсков в реке Сона (Франция) показывает, что несколько видов рода Pisidium , крошечных моллюсков, практически исчезли после лета 2003 года. Более десяти лет спустя, в 2015 году , новый подсчёт численности в различных точках реки показал, что они всё ещё не восстановились. Но, помимо небольшого сокращения численности моллюсков, Севилья напоминает выводы из своей работы о швейцарских реках: «Воздействие экстремальной тепловой волны, подобно импульсу, с большей вероятностью может вызвать изменение состояния экосистем, подталкивая их к пересечению экологических порогов в сторону новых и потенциально необратимых состояний экосистем».

Лус Бойеро, исследователь и соруководитель Группы по речной экологии в Университете Страны Басков, изучала не волны тепла как таковые, а влияние экстремальной жары на жизненный цикл реки : разложение органического вещества. Для Бойеро, которая считает результаты, полученные её американскими коллегами, «обобщаемыми и глобальными», интересным в их работе является то, что «в случае рек или водных экосистем в целом, помимо изменения климата как такового , важную роль в возникновении волн высокой температуры играют и антропогенные изменения, такие как строительство плотин».

В ходе эксперимента с листьями трех видов, собранными на берегах реки Агуэра (Кантабрия и Бискайя), группа Бойеро подвергла их воздействию температур до 40º, чтобы увидеть, как избыточное тепло влияет как на скорость, так и на качество процесса разложения их основных питательных веществ, которые являются основой детритоядных организмов (детрита), которые, в свою очередь, являются основой для других организмов, служащих пищей более мелким рыбам, которые, в свою очередь, дают жизнь более крупным, которые...