غالبًا ما تسقط المياه من السماء ويتم تخزينها في الجبال في جميع أنحاء الولايات المتحدة على شكل ثلج قبل أن يذوب وتتدفق إلى المجتمعات الحضرية والريفية. إن معرفة العوامل التي تؤثر على وقت و مقدار ذوبان الجليد الذي يصل في نهاية المطاف إلى الجداول والأنهار والخزانات أمرًا بالغ الأهمية لمديري المياه الذين يحاولون الاستفادة القصوى من الموارد المائية المحدودة. حددت دراسة جديدة بقيادة باحثين في جامعة نيفادا ورينو ومعهد أبحاث الصحراء (DRI) المنشورة في خطابات الأبحاث البيئية ثلاثة عوامل رئيسية تؤثر على إمدادات المياه التي تعتمد على ذوبان الثلوج وتحدد المناطق التي تستجيب فيها إمدادات مياه الجبال بشكل مختلف لتغير المناخ. استخدمت الدراسة بيانات من 537 مستجمع مياه في جميع أنحاء الولايات المتحدة.

بالاعتماد على 30 سنة من الأبحاث السابقة التي تم تجميعها على مدار أكثر من عامين، وجد البحث أن ثلاثة عوامل ( كم من إجمالي تساقط الثلوج في فصل الشتاء يبقى موجود الى نهاية الفصل، ومدى سرعة ذوبان الثلوج، ومتى يذوب الثلج ) يمكن استخدامها للتنبؤ بشكل أفضل بكيفية تأثير تغيّر المناخ على إمدادات المياه الناتجة عن ذوبان الثلوج. ووجد فريق البحث اختلافات كبيرة في مدى تأثير كل من هذه العوامل على مستجمعات المياه المختلفة في جميع أنحاء البلاد.

وقالت بياتريس جوردون، الكاتبة الرئيسية وطالبة الدكتوراه في جامعة نيفادا، برنامج الدراسات العليا للعلوم الهيدرولوجية وقسم الموارد الطبيعية والبيئة: “في غرب الولايات المتحدة ، الثلج هو أساس أنظمة إمدادات المياه لدينا، لكن الأمر الصعب هو أن إمدادات مياه الجبال تستجيب بشكل مختلف للتغيرات في الثلج اعتمادًا على مكان وجودك في الولايات المتحدة بالنظر إلى هذا التحدي، كان هدفنا هو تزويد العلماء ومديري المياه الآخرين بإطار عمل بسيط ولكنه قوي يمكن استخدامه لتحسين التوقعات حول توقيت تدفق التيار ومقداره مع تسارع تغير المناخ.

جرد

كانت الخطوة الأولى في بناء هذا الإطار هي جرد ما كان معروفًا، وربما الأهم من ذلك، ما لم يكن معروفًا، حول كيفية تشكيل تدفق الثلج. للقيام بذلك، تعاون الباحثون من جامعة نيفادا ورينو و DRI مع باحثين في جامعة يوتا وجامعة ولاية بويز وجامعة كونسيبسيون في تشيلي لمراجعة أكثر من ثلاثة عقود من الأبحاث السابقة. شملت هذه المراجعة أكثر من 150 دراسة حول الثلج وتدفقه من جميع أنحاء العالم. بناءً على هذا التوليف، وجدوا أن مقدار تدفق التيار يختلف استجابةً للتغيرات في الثلج وبدرجة أقل عند حدوث التدفق في  الربيع عبر الولايات المتحدة.

وقال الباحث والمشارك في التأليف أدريان هاربولد، أستاذ مشارك في جامعة نيفادا، رينو ورئيس مختبر البيئة المائية في جبل نيفادا.  كجزء من محطة التجارب بالجامعة، وهي وحدة تابعة لكلية الزراعة والتكنولوجيا الحيوية والموارد الطبيعية: “يبدو أنه يجب أن يكون لدينا أنظمة دقيقة للغاية للتنبؤ بإمدادات المياه الجبلية، لكن السر الخفي هو أن هناك الكثير من عدم اليقين الناجم عن تغيير المناخ والتغيرات في كتلة الثلوج”. يجري المختبر ملاحظات ميدانية واستشعار عن بعد، بالإضافة إلى النمذجة للمساعدة في الإجابة على بعض الأسئلة الأكثر إلحاحًا المتعلقة بعلم البيئة الجبلية في مواجهة الظروف البيئية المتغيرة.

يعد الافتقار إلى اليقين حول توقيت وكيفية الحصول على المياه من الكتل الثلجية في فصل الشتاء مشكلة خطيرة لمديري المياه المكلفين بتلبية احتياجات عدد السكان المتزايدة وزيادة مطالب الغذاء. في غرب الولايات المتحدة، التي تتميز بشتاء رطبة وصيفٍ أكثر جفافًا، تنشأ غالبية المياه السطحية من تساقط الثلوج في الجبال، حيث يأتي أكثر من ثلثي تدفقات الخزانات من الثلج. لتوضيح ذالك، يعتمد ما يقارب من 40 مليون شخص، والكثير من الأراضي الأكثر إنتاجية من الناحية الزراعية في غرب الولايات المتحدة، على الأقل جزئيًا، على التدفق المستمد من ذوبان الثلوج المخزّن في اثنين من هذه الخزانات.

وقال المؤلف المشارك بول بروكس، الأستاذ بجامعة يوتا: “في أفضل الأوقات، يواجه مديرو المياه في جميع أنحاء غرب أمريكا الشمالية وظيفة صعبة تتلخص في ضمان توفير إمدادات مياه موثوقة للزراعة والمناطق الحضرية والترفيهية”. لقد قاموا بعمل جيد لدرجة أن العديد من السكان نادرًا ما يفكرون مرة ثانية في استخدامهم للمياه. وعلى نحوٍ متزايد، فإن هؤلاء المديرين عالقون بين المطرقة والسندان، حيث يؤدي تغير المناخ والنمو السكاني إلى زيادة الطلب على المياه، في حين أن كمية وتوقيت توافر المياه يصبحان أكثر تباينًا.

إطار للملاحة عبر المياه المجهولة

أبرزت مراجعة الباحثين التحدي الكبير المتمثل في إدارة إمدادات مياه الجبال، نظرًا إلى جميع أوجه عدم اليقين والتباين في الاستجابات الإقليمية لتغير المناخ. استنادًا إلى مراجعة الكتيبات التي أدلوا بها وعقود من الخبرة التي اكتسبها كبار الباحثين، وقد وضع المؤلفون إطارًا بسيطًا، يتمحور حول ثلاثة عوامل، مصممة لمساعدة مديري المياه في التغلب على التحديات التي يطرحها مستقبل مجهول ومعقد.

تدفق بخار الماء في موسم الثلج . وعلى الرغم من الاسم المعقد، فإن وظيفة هذه الآلية واضحة ومباشرة. وهية التحكم بكمية الثلج المتبقي في نهاية الشتاء. طوال فصل الشتاء، يتم “فقدان” المياه المخزنة في كتل الثلج إلى الغلاف الجوي عن طريق التبخر (عندما يتحول الماء إلى غاز) وعن طريق التسامي (عندما يتحول الثلج إلى غاز). مع ازدياد دفء فصل الشتاء، من المحتمل أن تزداد هذه الخسائر، والتي يوضحها البحث أنه يمكن أن تقلل من كمية الثلج المتبقية التي يتم إطلاقها كمجرى مياه.

كثافة مدخلات المياه السائلة. تتعلق هذه الآلية بمدى سرعة وصول المياه من ذوبان الثلوج و/أو المطر إلى الأرض. يتأثر معدل هطول الأمطار بتأثيرات سطح الأرض حيث يذهب الماء في نهاية المطاف. فالشتاء الدافئ يعني هطول أمطار أكثر، والتي تظهر البحوث أنها قد تؤدي إلى تدفق المزيد من المجاري المائية.

التزامن بين مدخلات الماء والطاقة. تتعامل هذه الآلية عندما يتوفر الماء من ذوبان الثلوج و/أو المطر عندما نحتاج إليه بشدة. على عكس المطر، تظل الثلوج على الأرض بعد سقوطها، فتعمل كخزان مؤقت كبير (ومجاني) للمدن والمزارع. تاريخيًا، أطلقت كتل الثلج المياه في المجاري المائية في أواخر الربيع وأوائل الصيف، عندما يكون الطلب على المياه أعلى. فانخفاض الثلوج يعني انخفاض مساحة التخزين، وهو ما يظهر في البحث من شأنه أن يزيد الفجوة بين وقت توفير المياه والوقت الذي تشتد الحاجة إليه .

باستخدام البيانات المتاحة للعامة من 537 موقعًا في جميع أنحاء الولايات المتحدة، استخدم الباحثون هذا الإطار لتحديد مكان كل من هذه العوامل من الأكثر إلى الأقل أهمية. الأهمية النسبية لهذه الآليات لإمدادات المياه في الجبال، والتي يلخصها المؤلفون في عوامل الكمية، ومدى السرعة، والزمن، تختلف جغرافيًا، بناءً على نتائج الدراسة.

على سبيل المثال، يتسم تدفق مجرى المياه في الحوض الكبير بحساسية خاصة للتغيرات في جميع الآليات الثلاثة، مما يجعل تنبؤات إدارة المياه تحديًا حادًا في هذه المنطقة. على الرغم من ذلك، بالجوار على الجانب الآخر من دوونر باس في جبال سييرا نيفادا، يظهر البحث أن مدى سرعة وصول المياه إلى سطح الأرض ومتى توفرت المياه ستكون أكثر أهمية من مقدار الثلوج المفقودة في الغلاف الجوي من خلال التبخر والتسامي.

جهود إضافية

إطار العمل ليس سوى الخطوة الأولى نحو الإجابة على الأسئلة الكثيرة حول مصير إمدادات المياه للفريق.  هاربولد و كوردن، جنبًا إلى جنب مع جابرييل بويسرام وروزماري كاروول من (DRI)، في مشروع ترعاه وزارة الزراعة الأمريكية، “SNOWPACs”، بقيادة جامعة نيفادا، رينو، بالتعاون مع جامعات أخرى.

وقال هاربولد: “جاءت هذه الدراسة من الحاجة إلى تحديد خصائص التغيرات المتباينة في تدفق مجرى المياه التي تحدث في منطقة انترماونتن الغربية وإدارة الخزان الصعبة التي تعتبر ضرورية لإمدادات المياه الزراعية”.

تكملة لمشروع وزارة الزراعة الأمريكية، تتعاون بروكس مع وزارة المرافق العامة في سولت ليك سيتي، ومشروع سولت ريفر، ومنطقة  الحفاظ على مياه حوض ويبر وغيرهم من المديرين في جميع أنحاء الولايات المتحدة الغربية لتحديد وتخطيط التغييرات في إمدادات المياه في المناخ الدافئ.

يركز الفريق جهوده التالية على فهم كيفية تأثير هذه التغيرات في تدفق مجاري المائية على الأحواض التي تهيمن عليها الزراعة، بما في ذلك حوض نهر ووكر، الذي يوفر المياه للزراعة في ولاية نيفادا.

وقال جوردون: “بصفتي شخصًا نشأ في الزراعة في غرب الولايات المتحدة، أعرف مدى أهمية الثلوج لمجتمعات الزراعة والتربية الماشية. وأنا متحمس لرؤية العمل الذي تقوم به (SNOWPACs) الذي يوفر معلومات مهمة لصانعي القرار الذين يتصارعون حاليًا مع هذه التغييرات في إمدادات المياه الجبلية لدينا”.

المصدر:- https://phys.org 

ترجمة: سارة عبد الستار محمد

تويتر: SaraSatar6

مراجعة وتدقيق: زينب محمد