Dette unikke andinske økosystem opvarmes næsten lige så hurtigt som Arktis

Daniel Ruiz-Carrascal står på en høj af takkede klipper, der virker malplacerede i det ellers jævne og græsklædte landskab. "Gletscheren var her i midten af ​​1500'erne, "forklarer han. Den hvide top i Nevado Santa Isabel hænger en kilometer foran og omkring 1, 300 fod højere end vores egen svimlende høje højde. Det er svært at forestille sig, at det hvide strækker sig helt ned til denne stenede bakke, begrave hele dalen i is.

Ruiz-Carrascal bragte mig her ind i de colombianske Andesbjergene for at besøge páramo, et af de mest unikke økosystemer på Jorden - og et af de mest truede af et ændret klima.

Páramos kan kun findes i Andesbjergene i højder over 12, 500 fod. Luften er så tynd, at du kan miste vejret mens du står stille. Vejret kan være forræderisk regnvejr og sne, og hver dag svinger temperaturen fra under frysepunktet til omkring 60 grader Fahrenheit. På trods af de hårde forhold, páramos er verdens mest mangfoldige økosystem i stor højde, hjem til anslået 5, 000 arter—3, 000 af dem bor ingen andre steder på Jorden.

Dette økosystem er ikke kun vigtigt for planter og dyr. I hele Andesbjergene, páramoerne virker som en svamp, opsamling af vand fra tåge, støvregn, og smeltende bjergtoppe gletschere, opbevarer det, og derefter slippe det ud i lavlandet. Anslået 40 millioner mennesker - herunder beboere i Bogotá, Colombia og Quito, Ecuador - afhængig af páramos til drikkevand.

Desværre, de tropiske Andes -områder varmer hurtigere end andre steder uden for polarcirklen. Gletsjerne smelter, mindre nedbør når bjergtoppene, og páramoerne er ved at tørre ud. Arter er tvunget til at migrere til højere og højere højder for at opsøge de kolde temperaturer, de er tilpasset. Til sidst, der er muligvis ingen steder tilbage.

Ruiz-Carrascal, en hydroklimatolog og adjungeret ved International Research Institute for Climate and Society (IRI) ved Columbia University's Earth Institute, arbejder på at forstå disse ændringer og evaluere tilpasningsstrategier. Leder et team fra Escuela de Ingeniería de Antioquia (EIA) i Medellín, han har oprettet et netværk af sensorer til at måle de ændringer, der finder sted i páramos og for at forstå, hvad fremtiden bringer. Holdet er et af kun en håndfuld, der laver langtidsstudier af denne ekstraordinære og vigtige biom.

Ruiz-Carrascal er en alumnus af IRI's Climate and Society masteruddannelse. Han modtog sin ph.d. i jord- og miljøvidenskab også fra Columbia University, og besluttede at fokusere sin forskning på højhøjdemiljøer. Han har vandret ind i disse bjerge hele sit liv.

Meget få vejrstationer er installeret i páramos - højden og afsides beliggenhed gør det for svært at betjene og vedligeholde udstyret. Som resultat, der har været et stort hul i forskernes forståelse af, hvad der sker i Andes højder. Derfor har Ruiz-Carrascals team installeret 23 sensorer i páramos i Colombias Los Nevados-region. Sensorerne sporer temperatur, relativ luftfugtighed, og dugpunkt hver time i højder på op til 16, 000 fod.

Hvert par måneder, holdet kører ind på páramos for at indsamle data fra deres sensorer, og foretage andre målinger. "Vi tager videnskaben til det yderste, "Ruiz-Carrascal fortæller mig på sit kontor i EIA, hvor han er lektor, inden vi begav os ud på den lange og ujævne tur ind i bjergene.

Ude af cirkulation

Morgener bringer klar himmel i páramos, mens dalene nedenfor svømmer i et hav af skyer, presset ned af kølige temperaturer. Når dagen bliver varm, disse skyer stiger normalt, bærer tåge og støvregn ind i páramos. Denne opadgående fugtstrøm ligner páramos blodtilførsel.

Men Ruiz-Carrascals team er ved at finde beviser på, at de cirkulationsmønstre, der leverer denne fugt, ændrer sig, får de øvre områder i de tropiske Andesbjergene til at varme op og tørre ud meget hurtigt. Ifølge teamets sensorer, páramos varmer cirka 1,6 gange hurtigere end det omkringliggende lavland. Denne hurtige transformation ser ud til at være drevet af usædvanlig opvarmning i regionens øvre troposfære.

Under normale omstændigheder, som et stykke luft i lavlandet varmes op, den bliver mindre tæt og flyder opad. Luftpakken vil fortsætte med at stige, så længe den forbliver varmere end luften omkring den. Til sidst, det køler og frigiver vand i store højder.

Imidlertid, holdet mener, at i fremtiden, disse luftplaster kan ikke stige så højt som normalt, undtagen under meget usædvanlige begivenheder, og páramos vil modtage mindre vand.

"Der er et stort hul i klimamodellerne, "Ruiz-Carrascal siger, fordi de ikke fuldt ud tager højde for de ændringer, der finder sted i atmosfæren over de tropiske Andesbjerge. Data fra hans sensornetværk hjælper med at fylde det hul. Da páramos stikker ind i den øvre troposfære, sporing af temperatur og fugt på jorden overvåger atmosfæriske ændringer på samme tid. I det væsentlige, siger Ruiz-Carrascal, páramos er "et sted, hvor du kan røre ved den øvre atmosfæriske dynamik."

Bladrer gennem fortiden

Hvis de colombianske páramos havde et plakatbarn, det ville være Espeletia. Disse planter får tilnavnet frailejones - store munke - takket være deres til tider tårnhøje højder og tykke brune stilke, som teoretisk set kan forveksles med klosterkapper på en tåget dag. Espeletia er unikt for páramos. Og fordi deres stængler absorberer fugt fra tågen og leder den ned i jorden, de spiller en vigtig rolle i reguleringen af ​​páramo -vandforsyning.

Gør sit bedste for at tegne på en notesblok, mens vores firehjulstrukne køretøj hopper langs en grusvej, VVM miljøingeniør Enrique Ángel-Sanint forklarer mig, hvorfor Espeletia også spiller en vigtig rolle i teamets forskning. I stedet for brune klæder, deres stilke er tilsluttet døde blade, der aldrig falder. Og fordi hver enkelt kan leve i et århundrede eller længere, disse blade kunne give et rigt bibliotek med páramos 'tidligere klima - hvis teamet kan finde ud af at læse dem.

Det første skridt er at lære, hvordan Espeletia vokser. For det, Ángel-Sanint bruger et plastisk "sysæt" fuld af stifter, herskere, og vinkelmåler til at måle plantens vækstrate i hele dets levetid.

"Når du har dette, du kan se en persons højde og udlede dens alder, "forklarer han. Derefter, fordi bladene vokser på en meget forudsigelig måde - hans snoede tegninger viser dem springe ud af kronen, frisk og høj, flader derefter nedad og dør, når planten vokser - han vil kunne give hvert blad en bestemt alder. Ved at korrelere funktioner som størrelsen og densiteten af ​​bladets mikroskopiske porer, kaldet stomata, Ángel-Sanint håber, at hvert blad vil give en registrering af fugtighedsniveauer lige før det blev født, om det var et år siden eller 130.

El Niños klimamønster, drevet af hav- og atmosfæriske temperaturer i Stillehavet, dramatisk forværrer opvarmning og udtørring i páramos. I fortiden, efter disse tørre perioder, Espeletias blade ville sandsynligvis have reageret ved at producere blade med færre stomata, hvorigennem de kunne miste vand. Ved at sætte Espeletias blade under et mikroskop, teamet håber at finde ud af, om El Niño -begivenhederne bliver hyppigere på grund af klimaændringer - og hvad det kan betyde for páramosernes fremtid.

"Ting bliver rodet, hvis du har El Niño-begivenheder, der tilføjer varme til de øverste niveauer i troposfæren oven på den langsigtede opvarmning, "forklarer Ruiz-Carrascal. Studerer fortiden, han siger, hjælper med at "projicere, hvad der sandsynligvis vil ske under en fremtidig varmere verden."

Total nedsmeltning

Da Ángel-Sanint besøgte Los Nevados for 30 år siden, han så sne og is dække over El Cisne -vulkanen. Nu ser dens top brun og gold ud. I nærheden, Nevado Santa Isabel kunne være den næste. Mellem 2016 og begyndelsen af ​​2018, det mistede 37 procent af sit resterende isområde, herunder omkring 11 meters tykkelse nogle steder.

Colombias gletsjere er langsomt skrumpet i tusinder af år, siden slutningen af ​​den sidste istid. Men i de sidste årtier har den vigende rate er steget dramatisk på grund af menneskeskabte klimaændringer. Siden 1950'erne har Colombias gletsjere er faldet fra 113 kvadratkilometer til kun 37 i 2017. De kan helt forsvinde inden for de næste 30 år.

For bedre at forstå, hvad tabet af gletsjerne betyder for páramos og de mennesker, der er afhængige af dem, Ruiz-Carrascal og hold fra University of Ireland i Galway og Universidad Nacional de Colombia Sede Medellín studerer klipperne, som de tilbagetrukne gletsjere efterlod.

Skubber sin fod i noget løs jord på sporet, Ruiz-Carrascal viser, hvordan jord og sten bygger sig op foran en gletsjertunge, når den vokser og spredes i kolde perioder. Derefter, når klimaet bliver varmere, den skrumpende gletsjer trækker sig tilbage, efterlod højen, den engang havde skubbet foran den - en moræn.

Skrabning af prøver fra moræneklipperne, forskerne kan bruge helium-3 og beryllium-10 til at estimere, hvornår gletsjeren efterlod hvert fodaftryk. Sammen med spor fra landskabet, holdene rekonstruerer regionens glaciale historie, oprette en registrering af timingen og omfanget af glacialbevægelser i løbet af de sidste 20 til 30, 000 år.

Andesgletsjere har ebbed og flødet mange gange i løbet af denne periode, og páramos voksede og skrumpede - og vendte tilbage - sammen med iskapperne. Vil de være i stand til at komme sig efter det hurtige menneskeskabte angreb, der steger dem nu? At finde ud af, Økolog María Elena Gutiérrez-Lagoueyte fra Universidad EIA studerer páramo-resiliens.

En sammenfiltret bank

Inden vi begav os ud på sporet til Nevado Santa Isabel, Ruiz-Carrascal fortæller mig:"Du vil se arter, som jeg er sikker på, at du ikke har set i dit liv, og du vil ikke se andre steder på Jorden." Han har ret, selvfølgelig. Der er høje Espeletia med deres palmekroner; rund, kampestenlignende pudeplanter; og "páramo fingre", der vrikker mærkeligt i vinden.

Gutiérrez-Lagoueyte peger på en svimlende række arter, mens vi går. Hun indekserer páramo -arter i et online katalog, der indtil videre indeholder omkring 500 arter. Hun studerer også, hvordan artsfordelingen ændrer sig, når páramos bliver varmere, og forsøger at bestemme, hvilken art der kunne være mest sårbar.

Mens planeten opvarmes, mange bjergplanter og dyr vandrer til højere højder. Men hver arts reaktion er forskellig. For at overvåge, hvilke planter der tilpasser sig på stedet mod at migrere eller dø ud, holdet har oprettet eksperimentelle plots på tværs af en række højder. Hvert par måneder, de tjekker inde i parcellerne for at se, hvilke planter der er til stede, og i hvilke mængder, holde øje med ændringer over tid.

At finde et af disse eksperimentelle plot er overraskende svært, selv i det træløse landskab. Vi forlader stien og følger Gutiérrez-Lagoueyte på en kredsende rute op ad en bakke, være forsigtig med ikke at træde på de mere skrøbelige arter. "Det er her et sted..." siger hun efter en forkert drejning.

Endelig, vi passerer gennem nogle buske og snubler ind på grunden - en stor kasse skitseret af en hængende snor. Inde er en vejrstation, en af ​​fire, som teamet har installeret, dækket af kasser og ledninger og toppet med en snurrende vindfløj. Teknologien føles skurrende i dette landskab, der ellers skjuler mærkerne for menneskelig indblanding.

Udover at studere plantesammensætningen, holdet sporer jordtemperatur og fugtighed, niveauer af indkommende sollys, vindretning og hastighed, og nedbør i dette plot. Sorte kabler strækker sig fra vejrstationens base ned i jorden for at måle, hvordan planterne påvirker jordens fugtighed og bidrager til vandlagring og frigivelse. "Vi forsøger at forbinde, hvordan vegetation bringer vandreguleringstjenesten ind i parken, "forklarer Gutiérrez-Lagoueyte.

Vandlogning

Søerne langs stien til Nevado Santa Isabel var hellige for de lokale oprindelige folk - et sted at hylde guderne. Himlen føles større og tættere her, og vand er overalt, skinner i pudemoser, afspejler den blå himmel og skyer i små pools, og flyder ned ad bakke i vandløb.

Río Claro er bare et blidt trickle heroppe, bred nok til at hoppe over. Længere nede af bjerget, det bliver en ordentlig flod, brusende og sprøjtende. Det er en af ​​mange vandveje, der kører den fugt, der er lagret i páramo -moser og bassiner ind i lavlandet, hjælper med at genoplade akviferer under tørre perioder.

Hvor meget vand uddeler páramoerne egentlig? Og hvordan vil det ændre sig, da den øvre troposfæriske opvarmning ændrer vandbalancen? At finde ud af, holdet studerer vandskelene ved floderne Claro og Otún.

"Alle siger, at páramos er som fabrikker til vand, men vi ved ikke, hvor meget de producerer, "siger Santiago Ortega-Arango, en vandressourceingeniør ved Universidad EIA. "Hvis vi ikke er i stand til at kvantificere det, vi vil ikke være i stand til at styre det ordentligt."

Ortega-Arango arbejder på en páramo vandskel-model, som ville være den første af slagsen. Disse vandområder er "helt forskellige" fra standardmodellerne, siger Ortega-Arango, fordi til at begynde med der er páramos 'vandrette nedbør - vandet aflejret af tåge. Tørvemoser og den hurtige nedfrysning og frysning på forskellige tidspunkter af dagen er også med til at gøre disse vandområder skæve.

Før han kan begynde at bygge modellen, Ortega-Arango har brug for data. Så teamet sporer streamflow, ændringer i smeltning af sneposer, og hvor meget vand der er lagret i moserne, laguner, og vegetation. De vurderer også nedbør og fordampningstranspirationsniveauer, at se efter ændringer i vandets kredsløb.

Når det er færdigt, open-source vandskel-modellen vil hjælpe teamet med at udarbejde strategier for klimatilpasning og vejlede beslutninger om vandforbrug i regionen.

Ser til fremtiden

At indsamle data fra holdets sensorer er lige så let som at trække sensoren ud af dens boxy strålingsskjold og slutte den til en computer som en USB.

Daniel González-Duque, en kandidatstuderende i vandressourceteknik ved Universidad Nacional de Colombia Sede Medellín og ung forsker ved VVM, analyserer dataene og fletter dem med globale klimamodellers output, at forsøge at rekonstruere fortiden og forstå, hvad fremtiden har i vente for páramos.

Teamet kan allerede se en varmende trend. Gennemsnitstemperaturen omkring en sensor er steget fra 6 grader Celsius til 6,2 over bare ti år. Det lyder ikke af meget, men det er næsten dobbelt så hurtigt som det omkringliggende lavland.

Ti år er en relativt kort periode, hvorfra man kan forudsige langsigtede ændringer, Ruiz-Carrascal advarer. Men han håber at fortsætte dataindsamlingen i årtier fremover. Han vokser netværket af sensorer lidt efter lidt, og ønsker at ekspandere til andre forskningsområder, også - f.eks. tager mosekerner for at se, hvad deres lag af mudder kan afsløre om regionens vegetations historie. Han drømmer også om en dag at åbne et observatorium og et besøgscenter for at hjælpe med at uddanne offentligheden om páramoen, og hvorfor det er vigtigt at bevare det.

Colombias nationale naturparksystem støtter holdets forskning ved at give dem tilladelse til at installere sensorer og få adgang til beskyttede områder, der ikke er åbne for offentligheden. Mario Franco-Ortiz, en teknisk administrativ leder med parksystemet, siger, at forskningen er vigtig, fordi "efterhånden som flere undersøgelsesprocesser giver resultater, vi får bedre viden om, hvad vi tager os af, og hvad vi ønsker at bevare, og hvor vi er på vej hen. "

Det, der sker i Andesbjergene, bliver ikke i Andesbjergene. Ruiz-Carrascal betragter páramos som et varsel om klimaændringer, giver indsigt i, hvordan andre dele af verden vil ændre sig, efterhånden som den globale termostat fortsætter med at stige.

Mens fremtiden er skræmmende, han får håb fra, at den colombianske regering nu fuldt ud er klar over at anerkende páramoens betydning for at levere vand til drikke og til at generere vandkraft, og at det tager skridt til at beskytte denne naturskat. "De begynder at vende hovederne til páramoen, " han siger, "og se, at vi har et storslået økosystem, der skal bevares."

Denne historie er genudgivet med tilladelse fra Earth Institute, Columbia University http://blogs.ei.columbia.edu.