Efter en skogsbrand, jordar i brända områden blir ofta vattenavvisande, leder till ökad erosion och översvämningar efter nederbördshändelser - ett fenomen som många forskare har tillskrivit rök och värmeinducerade förändringar i markkemin. Men denna vattenavstötning efter brand kan också orsakas av rök från skogsbrand i frånvaro av värme, enligt en ny artikel från Desert Research Institute (DRI) i Nevada.

I denna pilotstudie (utredande forskning som äger rum före en större studie), ett tvärvetenskapligt team av forskare under ledning av DRI Associate Research Professor of Atmospheric Science Vera Samburova, Ph.D., exponerade prover av ren sand för rök från brinnande barr och grenar från Jeffrey tall i DRI:s förbränningskammare, analyserade sedan tiden det tog för vattendroppar som placerats på sandytan att absorberas - ett mått på vattenavstötning.

Pilotstudien undersökte effekterna av rök och värme på sandens vattenavstötning, och var den första studien som också inkluderade en analys av kall rök. I experimenten, sand användes i stället för jord eftersom den kunde rengöras noggrant och analyseras noggrant, och Jeffrey pine för en bränslekälla eftersom det representerar ett vanligt bränsle för vildmarksbrand i västra USA

Innan exponering för rök från Jeffrey Pine, vattendroppar som placerats på ytan av sandproverna absorberades snabbt. Men efter exponering för rök, sandproverna visade svår till extrem vattenavstötning, i vissa fall hålla kvar vattendroppar på markytan i mer än 50 minuter utan att blötläggas. Det gjorde liten skillnad om prover hade exponerats för värme och rök eller inte, eller bara kall rök.

"Den klassiska förklaringen till brand-inducerad vattenavstötning är att den orsakas av att rök diffunderar under ganska varma förhållanden och lägger sig i marken, men vårt arbete visar att röken inte behöver vara varm för att göra sanden hydrofob – det räcker helt enkelt med närvaron av de kemiska ämnena i röken, ", sa Samburova. "Detta är något vi verkligen behöver titta djupare på, eftersom markens vattenavstötning leder till ökade översvämningar, erosion, och ytavrinning."

Denna studie byggde på tidigare publicerat arbete av tidigare DRI-postdoktor Rose Shillito, Ph.D., (för närvarande med U.S. Army Corps of Engineers), Markus Berli, Ph.D., av DRI, och Teamrat Ghezzehei, Ph.D., vid University of California, Merced, där forskarna utvecklade en analytisk modell för att relatera markens vattenavstötning till infiltration av vatten.

"Vårt tidigare dokument fokuserade på hur eld förändrar markens egenskaper, ur ett hydrologiperspektiv, ", sa Berli. "I vår nuvarande studie, vi var intresserade av att lära oss mer om kemin bakom processen för hur jordar blir hydrofobiska. Vi sammanför geokemi och organisk geokemi med markfysik och hydrologi för att förstå effekten av brandinducerad vattenavstötning på hydrologi."

Projektgruppen arbetar nu med ett större förslag för att ytterligare undersöka frågor som berörts av denna studie om värme och rök roller i brand-inducerad vattenavstötning. Bland annat, de skulle vilja veta hur länge markens vattenavstötning varar efter en brand, och få en bättre förståelse för de detaljerade processer och mekanismer genom vilka kall rök påverkar jorden.

Att få en grundlig förståelse för processen som leder till brand-inducerad markvattenavstötning är viktigt, eftersom och chefer behöver denna information för att exakt förutsäga var jordar sannolikt är hydrofobiska efter en brand, Berli förklarade.

"Vi förstår fortfarande inte riktigt de processer som leder till denna brand-inducerade markvattenavstötning, " sa Berli. "Beroende på vad vi hittar, åtgärderna för att förutsäga brand-inducerad vattenavstötning kan vara annorlunda, och detta kan ha en betydande inverkan på hur vi kan förutsäga och förhindra översvämningar eller skräpflöden som händer efter en brand."

"Denna studie var ett stort steg framåt, men det belyser vikten av framtida forskning om hur bränder påverkar marken, eftersom skogsbränder påverkar tusentals och åter tusentals kvadratkilometer land varje år i västra USA, ", tillade Samburova. "Några av våra framtida mål är att ta reda på exakt hur denna jordvattenavstötning uppstår, var det händer, och hur länge det varar."