Daniel Ruiz-Carrascal står på en kulle av taggiga stenar som verkar malplacerade i det annars släta och gräsbevuxna landskapet. "Glaciären var här i mitten av 1500-talet, " förklarar han. Den vita toppen av Nevado Santa Isabel skymtar en mil framåt och cirka 1, 300 fot högre än vår egen svindlande höga höjd. Det är svårt att föreställa sig att det vita sträcker sig hela vägen ner till den här steniga kullen, begrava hela dalen i is.

Ruiz-Carrascal tog mig hit till de colombianska Anderna för att besöka páramo, ett av de mest unika ekosystemen på jorden – och ett av de mest hotade av ett förändrat klimat.

Páramos kan bara hittas i Anderna på höjder över 12, 500 fot. Luften är så tunn att du kan tappa andan när du står still. Vädret kan vara förrädiskt regnigt och snöigt, och varje dag fluktuerar temperaturen från under fryspunkten till runt 60 grader Fahrenheit. Men trots de svåra förhållandena, páramos är världens mest mångsidiga ekosystem på hög höjd, hem till uppskattningsvis 5, 000 arter — 3, 000 av dem lever ingen annanstans på jorden.

Detta ekosystem är inte bara viktigt för växter och djur. I hela Anderna, páramos fungerar som en svamp, samlar vatten från dimma, dugga, och smältande glaciärer på bergstoppen, lagra den, och sedan släppa den i låglandet. Uppskattningsvis 40 miljoner människor - inklusive invånare i Bogotá, Colombia och Quito, Ecuador – beroende av páramos för dricksvatten.

Tyvärr, de tropiska Anderna värms upp snabbare än någon annanstans utanför polcirkeln. Glaciärerna smälter, mindre nederbörd når bergstopparna, och páramos torkar ut. Arter tvingas migrera till högre och högre höjder för att söka efter de kalla temperaturer de är anpassade till. Så småningom, det kan inte finnas någonstans kvar att gå.

Ruiz-Carrascal, en hydroklimatolog och adjungerad vid International Research Institute for Climate and Society (IRI) vid Columbia University's Earth Institute, arbetar med att förstå dessa förändringar och utvärdera anpassningsstrategier. Leder ett team från Escuela de Ingeniería de Antioquia (EIA) i Medellín, han har satt upp ett nätverk av sensorer för att mäta de förändringar som sker i páramos och för att förstå vad framtiden har att erbjuda. Teamet är ett av bara en handfull som gör långtidsstudier av denna extraordinära och viktiga biom.

Ruiz-Carrascal är en alumn från IRI:s masterprogram i Climate and Society. Han fick sin Ph.D. i jord- och miljövetenskap från Columbia University också, och bestämde sig för att fokusera sin forskning på miljöer på hög höjd. Han har vandrat i dessa berg hela sitt liv.

Mycket få väderstationer är installerade i páramos - höjden och avlägsenheten gör det för svårt att använda och underhålla utrustningen. Som ett resultat, det har funnits en stor lucka i forskarnas förståelse av vad som händer i de höga höjderna av Anderna. Det är därför Ruiz-Carrascals team har installerat 23 sensorer i páramos i Colombias Los Nevados-region. Sensorerna spårar temperatur, relativ luftfuktighet, och daggpunkt varje timme på höjder upp till 16, 000 fot.

Varannan månad, teamet rider in i páramos för att samla in data från sina sensorer, och ta andra mätningar. "Vi tar vetenskapen till gränsen, "Ruiz-Carrascal säger till mig på sitt kontor på EIA, där han är docent, innan vi ger oss iväg på den långa och ojämna turen in i bergen.

Utom cirkulation

Morgonen ger klar himmel i páramos, medan dalarna nedanför simmar i ett hav av moln, pressas ner av kyliga temperaturer. När dagen värms upp, dessa moln brukar stiga, bär dimma och duggregn in i páramos. Detta uppåtgående fuktflöde är som páramos blodtillförsel.

Men Ruiz-Carrascals team hittar bevis på att cirkulationsmönstren som levererar denna fukt håller på att förändras, vilket gör att de övre områdena av de tropiska Anderna värms upp och torkar ut mycket snabbt. Enligt teamets sensorer, páramos värms cirka 1,6 gånger snabbare än de omgivande låglandet. Denna snabba omvandling verkar drivas av ovanlig uppvärmning i regionens övre troposfär.

Under normala omständigheter, som en luftfläck i låglandet värms upp, den blir mindre tät och flyter uppåt. Luftpaketet kommer att fortsätta stiga så länge det är varmare än luften runt det. Så småningom, den kyler och släpper ut vatten på de höga höjderna.

Dock, teamet tror att i framtiden, luftfläckarna kommer inte att kunna stiga så högt som vanligt, utom under mycket ovanliga händelser, och páramos får mindre vatten.

"Det finns ett stort hål i klimatmodellerna, "Ruiz-Carrascal säger, eftersom de inte fullt ut redogör för förändringarna som äger rum i atmosfären ovanför de tropiska Anderna. Data från hans sensornätverk hjälper till att fylla det hålet. Eftersom páramos petar in i den övre troposfären, spårning av temperatur och fukt på marken övervakar atmosfäriska förändringar samtidigt. Väsentligen, säger Ruiz-Carrascal, páramos är "en plats där du kan röra övre atmosfäriska dynamik."

Att bläddra genom det förflutna

Om de colombianska páramos hade ett affischbarn, det skulle vara Espeletia. Dessa växter har smeknamnet frailejones – stora munkar – tack vare deras ibland höga höjder och tjocka bruna stjälkar, som teoretiskt sett skulle kunna misstas för klosterkläder en dimmig dag. Espeletia är unika för páramos. Och eftersom deras stjälkar absorberar fukt från dimma och leder den ner i marken, de spelar en viktig roll för att reglera páramo vattenförsörjning.

Gör sitt bästa för att rita på en anteckningsblock medan vårt fyrhjulsdrivna fordon studsar längs en grusväg, MKB:s miljöingenjör Enrique Ángel-Sanint förklarar för mig varför Espeletia spelar en viktig roll även i teamets forskning. Istället för bruna kläder, deras stjälkar är täckta av döda löv som aldrig tappar. Och eftersom varje individ kan leva i ett sekel eller längre, dessa blad kan ge ett rikt bibliotek av páramos tidigare klimat - om teamet kan ta reda på hur man läser dem.

Det första steget är att lära sig hur Espeletia växer. För detta, Ángel-Sanint använder en "sysats" av plast full av stift, härskare, och grader för att mäta plantans tillväxttakt under hela dess livstid.

"När du har det här, du kan se en individs längd och härleda dess ålder, " förklarar han. Sedan, eftersom löven växer på ett mycket förutsägbart sätt - hans snirkliga teckningar visar dem springa ut ur kronan, fräsch och lång, sedan plattas nedåt och dör när växten växer – han kommer att kunna ange en viss ålder för varje blad. Genom att korrelera egenskaper som storleken och densiteten på bladets mikroskopiska porer, kallas stomata, Ángel-Sanint hoppas att varje löv kommer att ge ett register över luftfuktighetsnivåer precis innan det föddes, oavsett om det var ett år sedan eller 130.

El Niños klimatmönster, drivs av havs- och atmosfärstemperaturer i Stilla havet, dramatiskt förvärrar uppvärmningen och uttorkningen i páramos. Förr, efter dessa torra perioder, Espeletias blad skulle sannolikt ha svarat med att producera blad med färre stomata, genom vilket de kunde förlora vatten. Genom att lägga Espeletias löv under ett mikroskop, laget hoppas kunna ta reda på om El Niño -evenemang blir allt vanligare på grund av klimatförändringar - och vad det kan innebära för páramos framtid.

"Saker och ting kommer att bli en enda röra om du har El Niño-händelser som lägger till värme till de övre nivåerna av troposfären utöver den långvariga uppvärmningen, " förklarar Ruiz-Carrascal. Studerar det förflutna, han säger, hjälper till att "projicera vad som sannolikt kommer att hända under en framtida varmare värld."

Total härdsmälta

När Ángel-Sanint besökte Los Nevados för 30 år sedan, han såg snö och is täcka vulkanen El Cisne. Nu ser dess topp brun och karg ut. Närliggande, Nevado Santa Isabel kan bli nästa. Mellan 2016 och början av 2018, det förlorade 37 procent av sitt återstående isområde, inklusive ca 11 meters tjocklek på vissa ställen.

Colombias glaciärer har sakta krympt i tusentals år, sedan slutet av den senaste istiden. Men under de senaste decennierna, den avtagande takten har ökat dramatiskt på grund av klimatförändringar som skapats av människor. Sedan 1950 -talet har Colombias glaciärer har minskat från 113 kvadratkilometer till bara 37 år 2017. De kan helt försvinna inom de närmaste 30 åren.

För att bättre förstå vad förlusten av glaciärerna betyder för páramos och de människor som är beroende av dem, Ruiz-Carrascal och team från University of Ireland i Galway och Universidad Nacional de Colombia Sede Medellín studerar klipporna som de reträttande glaciärerna lämnade efter sig.

Trycker ner foten i lite lös jord på leden, Ruiz-Carrascal visar hur jord och stenar byggs upp framför en glaciärtunga när den växer och sprider sig under kalla perioder. Sedan, när klimatet värms upp, den krympande glaciären drar tillbaka, lämnade efter sig högen den en gång hade trängt framför sig — en morän.

Skrapning av prover från moränstenarna, forskarna kan använda helium-3 och beryllium-10 för att uppskatta när glaciären lämnade efter varje fotavtryck. Tillsammans med ledtrådar från landskapet, teamen rekonstruerar regionens glaciala historia, skapa ett register över tidpunkten och omfattningen av glaciala rörelser under de senaste 20 till 30, 000 år.

Andinska glaciärer har ebbat ut och flutit ut många gånger under den tidsperioden, och páramos växte och krympte – och återväxte – tillsammans med inlandsisarna. Kommer de att kunna återhämta sig från det höghastighetsangrepp som skapats av människor som steker dem nu? Att få reda på, Ekolog María Elena Gutiérrez-Lagoueyte från Universidad EIA studerar páramo resiliens.

En trasslig bank

Innan vi gav oss ut på leden till Nevado Santa Isabel, Ruiz-Carrascal säger till mig:"Du kommer att se arter som jag är säker på att du inte har sett i ditt liv, och du kommer inte att se någon annanstans på jorden." Han har rätt, självklart. Det finns höga Espeletia med sina palmiga kronor; runda, stenblocksliknande kuddväxter; och "páramo fingrar" som vickar konstigt i vinden.

Gutiérrez-Lagoueyte pekar ut en svindlande mängd arter när vi går. Hon indexerar páramo-arter i en onlinekatalog som innehåller cirka 500 arter hittills. Hon studerar också hur artfördelningen förändras när páramos värms upp, och försöker avgöra vilken art som kan vara mest sårbar.

När planeten värms, många bergsväxter och djur migrerar till högre höjder. Men varje arts svar är olika. För att övervaka vilka växter som anpassar sig på plats kontra att migrera eller dö ut, teamet har satt upp experimentplaner över en mängd olika höjder. Varannan månad, de kollar inne på tomterna för att se vilka växter som finns och i vilka mängder, hålla koll på förändringar över tid.

Att hitta en av dessa experimentella tomter är förvånansvärt svårt, även i det trädlösa landskapet. Vi lämnar leden och följer Gutiérrez-Lagoueyte på en slingrig väg uppför en kulle, var noga med att inte trampa på de mer ömtåliga arterna. "Det är här någonstans..." säger hon efter en felsväng.

Till sist, vi passerar genom några buskar och snubblar in på tomten — en stor låda som omges av en hängsnöre. Inuti finns en väderstation, en av fyra som teamet har installerat, täckt av lådor och trådar och toppad med en snurrande vindflöjel. Tekniken känns skakande i detta landskap som annars döljer spåren av mänsklig inblandning.

Förutom att studera växtsammansättningen, teamet spårar markens temperatur och luftfuktighet, inkommande solljusnivåer, vindriktning och hastighet, och nederbörd i denna tomt. Svarta kablar sträcker sig från väderstationens bas ner i marken för att mäta hur växterna påverkar markfuktigheten och bidrar till vattenlagring och utsläpp. "Vi försöker koppla ihop hur växtlighet ger service av vattenreglering till parken, "förklarar Gutiérrez-Lagoueyte.

Vattenloggning

Sjöarna längs leden till Nevado Santa Isabel var heliga för den lokala ursprungsbefolkningen - en plats att hylla gudarna. Himlen känns större och närmare här, och vatten finns överallt, lyser i kuddmossar, speglar den blå himlen och molnen i små pooler, och rinner nedför i bäckar.

Río Claro är bara ett lätt dropp här uppe, tillräckligt bred för att hoppa över. Längre ner på berget, det blir en riktig flod, forsande och plaskande. Det är en av många vattendrag som transporterar fukten som lagras i páramomossar och pooler till låglandet, hjälper till att ladda upp akvifärer under torrperioder.

Hur mycket vatten delar egentligen páramos ut? Och hur kommer det att förändras när den övre troposfärens uppvärmning ändrar vattenbalansen? Att få reda på, laget studerar vattendelarna i floderna Claro och Otún.

"Alla säger att páramos är som fabriker för vatten, men vi vet inte hur mycket de producerar, "säger Santiago Ortega-Arango, en vattenresursingenjör vid Universidad EIA. "Om vi ​​inte kan kvantifiera det, vi kommer inte att kunna hantera det ordentligt."

Ortega-Arango arbetar med en modell för páramo-vattendelare, vilket skulle vara en första i sitt slag. Dessa vattendelar är "helt olika" från standardmodellerna, säger Ortega-Arango, för till att börja med, det finns páramos horisontella nederbörd – vattnet avsatt av dimma. Torvmossar och den snabba frysningen och uppfrysningen vid olika tidpunkter på dygnet bidrar också till att göra dessa vattendelar märkliga.

Innan han kan börja bygga modellen, Ortega-Arango behöver data. Så teamet spårar strömflödet, förändringar i snösmältningen, och hur mycket vatten som lagras i myrarna, laguner, och vegetation. De utvärderar också nederbörds- och evapotranspirationsnivåer, att leta efter förändringar i vattnets kretslopp.

När det är klart, Vattendelaremodellen med öppen källkod kommer att hjälpa teamet att utforma klimatanpassningsstrategier och vägleda beslut om vattenanvändning i regionen.

Ser mot framtiden

Att samla in data från teamets sensorer är lika enkelt som att dra ut sensorn ur dess boxiga strålskydd och ansluta den till en dator som en USB.

Daniel González-Duque, en masterstudent i vattenresursteknik vid Universidad Nacional de Colombia Sede Medellín och ung forskare vid EIA, analyserar data och sammanfogar dem med globala klimatmodellers resultat, att försöka rekonstruera det förflutna och förstå vad framtiden har i beredskap för páramos.

Teamet kan redan se en värmande trend. Medeltemperaturen runt en sensor har stigit från 6 grader Celsius till 6,2 på bara tio år. Det låter inte så mycket, men det är nästan dubbelt så snabbt som det omgivande låglandet.

Tio år är en relativt kort tidsperiod från vilken man kan förutse långsiktiga förändringar, Ruiz-Carrascal varnar. Men han hoppas kunna fortsätta datainsamlingen i decennier framöver. Han växer ut sensornätverket bit för bit, och vill expandera till andra forskningslinjer, också – till exempel tar myrkärnor för att se vad deras lager av gyttja kan avslöja om historien om regionens vegetation. Han drömmer också om att en dag öppna ett observatorium och ett besökscenter för att hjälpa allmänheten att utbilda om páramo och varför det är viktigt att bevara den.

Colombias National Natural Parks System stöder teamets forskning genom att ge dem tillstånd att installera sensorerna och få tillgång till skyddade områden som inte är öppna för allmänheten. Mario Franco-Ortiz, en teknisk administrativ chef med parksystemet, säger att forskningen är viktig eftersom "eftersom fler undersökningsprocesser ger resultat, vi kommer att få bättre kunskap om vad vi tar hand om och vad vi vill bevara, och vart vi är på väg."

Det som händer i Anderna kommer inte att stanna i Anderna. Ruiz-Carrascal tänker på páramos som ett förebud om klimatförändringar, ger insikt i hur andra delar av världen kommer att förändras när den globala termostaten fortsätter att stiga.

Även om framtiden är skrämmande, han hämtar hopp från det faktum att den colombianska regeringen nu börjar fullt ut erkänna páramos betydelse för att leverera vatten för att dricka och för att generera vattenkraft, och att den vidtar åtgärder för att skydda denna naturskatt. "De börjar vända sig mot páramo, " han säger, "och se att vi har ett magnifikt ekosystem som måste bevaras."

Denna berättelse publiceras på nytt med tillstånd av Earth Institute, Columbia University http://blogs.ei.columbia.edu.