Forskning som leds av University of Texas i Austin har funnit att vittrade berggrund kan lagra en betydande mängd bergfukt inuti dess frakturer och porer. Denna fukt i lagret av väderbitna bergarter som vanligtvis finns under jordar är en viktig del av vattnets kretslopp på lokal och global nivå. Trädets rötter slår in i bergfuktigheten och släpper ut den igen i atmosfären som vattenånga, och vatten rinner genom sprickorna och blir en del av säsongens grundvattenlagring (blå pilar). Kredit:University of Texas vid Austin Jackson School of Geosciences.
Forskning utförd av University of Texas i Austin och University of California, Berkeley har funnit att en lite studerad, underjordiskt berglager kan innehålla betydande mängder vatten som kan fungera som en viktig reservoar för träd, speciellt i tider av torka.
Studien, publiceras i tidskriften PNAS den 26 februari tittade på vattnet som lagrats inuti lagret av väderbiten berggrund som vanligtvis ligger under jordar i bergsmiljöer.
Denna övergångszon under jordar och ovanför grundvatten förbises ofta när det gäller att studera hydrologiska processer, men forskare fann att vattnet i stenens sprickor och porer kan spela en viktig roll i vattencykeln på lokal och global nivå.
"Det finns betydande hydrologisk dynamik i väderbitna berggrundsmiljöer, men de undersöks inte traditionellt eftersom de är svåra att komma åt, " sa huvudförfattaren Daniella Rempe, en biträdande professor vid institutionen för geologiska vetenskaper vid UT Austin Jackson School of Geosciences. "Studien var utformad för att undersöka denna region direkt."
Forskare fann att vattnet i berggrunden har förmågan att upprätthålla träd genom torka även efter att jorden har blivit torr. På fältplatsen i norra Kaliforniens Mendocino County, forskare fann att upp till 27 procent av den årliga nederbörden lagrades som "bergfuktighet, "Vattnet som klamrar sig fast vid sprickor och porer i berggrunden. Inverkan av bergfuktighet kommer att variera beroende på region och topografi, men forskare sa att det troligen förklarar hur träden i studieområdet visade liten påverkan från den svåra torkan 2010-2015 som dödade mer än 100 miljoner träd i hela Kalifornien.
"Hur träd kan överleva långa perioder av svår torka har varit ett mysterium, "sade Richard Yuretich, chef för National Science Foundation's Critical Zone Observatories -program, som finansierade forskningen. "Denna studie har avslöjat en betydande reservoar av instängt vatten som har gått obemärkt förbi i det förflutna. Forskning av det här slaget kan vara till stor hjälp för att hantera naturresurser under tider av miljöstress."
För att genomföra studien, forskare övervakade bergets fuktighet från 2013-2016 vid nio brunnar som borrades i den väderbitna berggrunden längs en brant skogsbeklädd sluttning. De använde en neutronsond, ett precisionsverktyg som mäter mängden vatten i ett provområde genom att detektera väte.
Forskare på fältet använder en neutronsond för att mäta bergfuktigheten inuti ett borrhål. Kredit:University of Texas vid Austin Jackson School of Geosciences.
De fann att det väderbitna bergskiktet byggde upp en tillgång på 4 till 21 tum av bergfuktighet under den våta vintersäsongen, beroende på brunnen. Den maximala mängden bergfuktighet i varje brunn förblev ungefär densamma under hela studieperioden, som innefattade ett betydande torkaår. Det är ett stort fynd som indikerar att det inte spelar någon roll om det regnar lite eller mycket under den torra vintersäsongen – den totala nederbördsmängden påverkar inte bergfuktighetsnivåerna.
"Det spelar ingen roll hur mycket det regnar på vintern, bergfuktighet byggs upp till samma maximala värde, ", sa Rempe. "Det leder till samma mängd vatten varje sommar som är tillgänglig för användning av träd."
Forskare fann också att den genomsnittliga bergfuktigheten vid alla brunnar översteg de genomsnittliga markfuktighetsmätningarna på alla platser.
"Jordar är viktiga, men när det gäller att avgöra om en plats kommer att uppleva vattenstress, det kan vara den underliggande stenen som betyder mest, ", sa Rempe. "Detta är första gången detta har visats i en flerårig fältstudie."
Potentialen för bergfuktighet att resa tillbaka till atmosfären via avdunstning från trädblad eller att sippra ner i grundvattnet indikerar att det kan ha en bred påverkan på miljö och klimat. Zong-Liang Yang, en professor vid Jackson Schools institution för geologiska vetenskaper som inte var involverad i studien, sa att forskningen belyser behovet av att samla in data så att bergfuktighet kan införlivas i klimatmodeller.
"För närvarande, mest, om inte alla, av globala klimat- och hydrologiska modeller försummar fukt lagrad i stenar, "Yang sa. "Denna studie fyller en kritisk lucka i vår förståelse."
Studien ger en inblick i bergfuktigheten vid en liten, intensiv forskningsplats, sa medförfattaren William Dietrich, professor vid University of California, Berkeley. Han sa att data som samlats in under denna studie borde vara en utgångspunkt för mer forskning på fler platser.
"Framtidsvägarna är många, " Sa Dietrich. "Vi har bara en plats väl studerad... En blandning av teori och fältstudier kommer att behöva utvecklas för att tillhandahålla regional information för klimatmodellerare."
