Vattencykeln är en känslig balans. I naturliga miljöer, vatten från nederbörd eller snösmältning kan suga ner i marken eller rinna ut i vattendrag. En del av vattnet lagras i naturliga underjordiska reservoarer - kallade grundvatten. Växter använder upp vattnet för att växa, och sedan fyller ny nederbörd på grundvattnet - en process som kallas grundvattenladdning.

I torrt klimat, växter använder det mesta av vattnet som kommer in i jorden. Så hur fylls grundvattnet på? För kanadensiska prärier finns svaret i fördjupningar i landskapet. I dessa depressioner, avrinning från det omgivande landet ackumuleras och rör sig in i grundvattnet.

Fördjupningarna i landskapet lämnades av glaciärer när den sista inlandsisen lämnade Great Plains cirka 10, 000 till 12, 000 år sedan. Som en regnträdgård, de tar in avrinning från den omgivande miljön, men är vanligtvis större. De är 50 till 100 meter i diameter och 1 till 2 meter djupa.

Dock, forskare är oroliga att klimatförändringar kan påverka denna känsliga grundvattenladdningsprocess.

För närvarande, det mesta av vattnet i fördjupningarna kommer i form av avrinning från snösmältning när det rinner över frusen jord och in i fördjupningarna. Forskare i Kanada studerade hur denna process kan störas i framtiden när klimatet förändras.

Masaki Hayashi och teamet vid University of Calgary publicerade nyligen detta arbete i Vadose Zone Journal , en publikation av Soil Science Society of America.

"Motiveringen för denna forskning kom från behovet av att uppskatta laddning för hållbar hantering av grundvatten i de kanadensiska prärier, "säger Hayashi." Vi kan inte hantera en förnybar resurs om vi inte vet hur mycket som förnyas varje år. Det skulle vara som att försöka hantera utgifter från ett bankkonto utan att veta intäktsbeloppet. "

Experter förutspår att de framtida klimatförhållandena i dessa prärier kommer att bli varmare och fuktigare. Även om det verkar som om detta skulle resultera i mer grundvattenladdning, forskarna ville avgöra om så skulle vara fallet i dessa depressioner.

Dessa låga områden samlar upp snösmältningsavrinning och kan till och med bli dammar på våren. Några av de större fördjupningarna har till och med vatten som stannar hela sommaren. De kallas prärievåtmarker eller våtmarker för präriehål och är hem för många vattenväxter och djur i området.

För att avgöra hur ett varmare och fuktigare klimat skulle påverka grundvattenladdning, forskarna använde en modell för att simulera miljön. Genom att placera instrumentet direkt i fördjupningarna, de samlade information om markegenskaper, vädret, och storleken på depressionen och omgivande miljö. Deras arbete, en typ av "markvattenbalans" -modell, använde data som de samlat in för att simulera hur vattnet kan röra sig från ytan till djupare jordlager i framtiden.

De fann att snöackumulering samt hur mycket av och hur länge jorden är frusen på vintern kommer att minska. Detta innebär att det blir mindre avrinning till fördjupningarna och mindre grundvattenladdning.

"Ett fuktigare klimat resulterar i allmänhet i en högre laddning, men det verkar inte vara fallet i norra Great Plains, där laddning fokuseras i depressioner, "Förklarar Hayashi." Även om den totala nederbörden kan öka, vi kommer att ha mer regn och mindre snö. Det betyder att snöansamlingen på vintern minskar. Också, vi kommer att ha en kortare varaktighet av frusen jord och grundare penetration av jordfrost. "

Han tillägger att detta skapar ett problem eftersom långsamt rörande snösmältning flyter över frusen jord, som inte låter den absorberas snabbt, är nyckeln till avrinningen att komma till depressionerna.

Minskningen av laddning kan ha många effekter på miljön, säger forskarna. Till exempel, många små källor matas av grundvatten och kan påverkas.

"Det kan resultera i en minskning av basflödet för små vattendrag som matas av grundvatten, "Säger Hayashi." Några av de fleråriga vattendragen kan bli säsongsbetonade. Detta kan ha ett starkt inflytande på bäckens ekosystem. Övergripande, dessa små fördjupningar kan verka mindre viktiga jämfört med större fördjupningar som håller i prärievåtmarker. Dock, det finns många fler små fördjupningar, och de är gemensamt viktiga för grundvattenladdning. "