Fale upałów w rzekach nasilają się cztery razy szybciej niż fale atmosferyczne

Jak dobrze wiedzą mieszkańcy Saragossy, Orense, a w mniejszym stopniu Sewilli, a także wszyscy, którzy mieszkają w ich pobliżu, w czasie upałów rzeka służy jako schronienie klimatyczne. Jednak sytuacja ta zaczyna się zmieniać. Badając wpływ fal upałów od 1980 roku na ponad 1400 rzek, amerykańscy naukowcy odkryli, że częstotliwość występowania tych ekstremalnych zjawisk rośnie czterokrotnie szybciej niż częstotliwość występowania fal atmosferycznych. Praca, opublikowana w czasopiśmie PNAS , opiera się na danych ze Stanów Zjednoczonych, ale europejscy eksperci uważają, że zjawisko to ma charakter globalny. Wpływ tych fal nie ogranicza się wyłącznie do rzeki.

Fale upałów stają się coraz częstsze, intensywniejsze i dłuższe . Jednocześnie naukowcy potwierdzają, że zmiany klimatu ocieplają duże zbiorniki wodne, takie jak oceany . Ale co dzieje się z rzekami podczas fali upałów? W zasadzie te cieki wodne, zasilane przez topniejący śnieg lub podziemne dopływy, buforują temperaturę swojego bezpośredniego otoczenia. Nawet w obecnym kontekście globalnego ocieplenia są one przedstawiane jako wyspy klimatyczne lub ostoje. Jednak dane przeczą tym założeniom.

„Rzeki stale mieszają ciepło poprzez ruch wody. To mieszanie łagodzi skoki temperatury, dlatego rzeki zazwyczaj nie nagrzewają się tak bardzo, jak otaczające powietrze” – mówi profesor Uniwersytetu Stanowego Pensylwanii i współautor tych badań. „Jednak wadą jest to, że gdy rzeka się ociepli, cały system ma tendencję do utrzymywania ciepła, co wydłuża czas trwania fali upałów” – dodaje Li, kierownik laboratorium badającego stan systemów wodnych . To pierwszy wynik uzyskany z pomiarów temperatury 1471 strumieni słodkowodnych w Stanach Zjednoczonych.

Dokładniej, między 1980 a 2022 rokiem czas trwania konwencjonalnych, atmosferycznych fal upałów wydłużył się średnio do czterech dni. Jednak w rzekach ekstremalne zjawiska termiczne trwają obecnie średnio 7,2 dnia. „Woda ma większą pamięć termiczną niż powietrze. Oznacza to, że gdy rzeka się nagrzeje, utrzymuje ciepło przez kilka dni, ponieważ zatrzymuje ciepło. Powietrze natomiast może się szybko nagrzewać i ochładzać z dnia na dzień” – wyjaśnia Li.

Zdecydowana większość mieszkańców rzek, zwłaszcza ryb, jest zmiennocieplna – zmiennocieplna . Podobnie jak mieszkańcy wód zimnych. Na półkuli północnej gatunki tak podstawowe jak pstrąg zaczynają odczuwać stres termiczny przy temperaturze wody 15°C. Autorzy ustalili próg krytycznego stresu termicznego na 20°C. Od 1980 roku liczba dni z przekroczeniem tych temperatur wzrosła średnio o 11,6 dnia, chociaż w niektórych basenach, takich jak Appalachy, wynosi obecnie 13,8. Łącznie epizody stresu termicznego wzrosły w 82% rzek, osiągając poziom krytyczny w 74% z nich.

Oprócz czasu trwania, takiego jak wyjątkowo długa fala, której doświadczyła większość Hiszpanii tego lata, fale upałów mają dwa inne istotne wymiary: intensywność i częstotliwość. W tym przypadku rzeki nie dorównały jeszcze upałowi atmosferycznemu: ekstremalne zjawiska nie są tak intensywne w wodzie (wzrost o 2,6°C w porównaniu z 7,7°C na zewnątrz) ani tak częste (2,3 fali rocznie w porównaniu z 4,6). Jednak w obu przypadkach różnica ta się zmniejsza, ponieważ fale upałów rosną (również pod względem czasu trwania) od dwóch do czterech razy szybciej niż fale atmosferyczne.

Zasadniczo główną przyczyną nasilenia się fal upałów w rzekach byłaby ta sama, co w przypadku fal powietrznych: zmiana klimatu . Jednak sieć hydrograficzna ma swoje własne czynniki, również związane z klimatem: „Zimne wody gruntowe lub topniejący śnieg mogą złagodzić wpływ ciepłego powietrza” – zauważa badacz. Problem polega na tym, że śnieg pada coraz rzadziej. Co więcej, nadmierna eksploatacja warstw wodonośnych również nie pomaga. „Wraz ze zmniejszaniem się pokrywy śnieżnej i spadkiem dopływu wód gruntowych, wraz ze zmianą klimatu, rzeki nie mogą się tak szybko ochładzać” – podsumowuje Li.

Istnieją również inne czynniki antropogeniczne, które wpływają na ocieplenie rzek. Jednym z nich są tamy, które wydłużają czas trwania ekstremalnych zjawisk termicznych. Autorzy badania potwierdzili to, wiążąc większą liczbę zbiorników i barier w niektórych dorzeczach z czasem trwania tych zjawisk. Drugim czynnikiem, tym razem łagodzącym te zjawiska, jest rolnictwo. „Łagodzi ono fale upałów nadrzecznych poprzez chłodniejsze powietrze i wodę dzięki nawadnianiu, o czym świadczą malejące trendy w częstotliwości, czasie trwania i intensywności fal upałów nadrzecznych na terenach uprawnych” – mówi Kayalvizhi Sadayappan, współautor badania, w notatce z Pennsylvania State University. Oznacza to, że stopniowe porzucanie gruntów rolnych (znacznie mniej w Stanach Zjednoczonych niż w Europie) może nasilać wpływ upałów na systemy rzeczne.

Sadayappan i Li mogli zbadać sytuację w amerykańskich rzekach, ponieważ Amerykańska Służba Geologiczna (U.S. Geological Survey) od dziesięcioleci rejestruje temperaturę sieci rzecznej tego kraju. Są jednak przekonani, że fale upałów w rzekach nasilają się na całym świecie. W Europie nie ma jednej bazy danych ani nawet jednej sieci monitoringu rzek, ale istnieją pewne częściowe badania podążające podobną ścieżką.

Kilka lat temu włoscy, holenderscy i szwajcarscy naukowcy badali stres termiczny, któremu poddawane było 19 szwajcarskich rzek podczas trzech najpoważniejszych fal upałów, jakie Europa Środkowa doświadczyła od początku prowadzenia pomiarów: w 2003, 2006 i 2015 roku. Badanie opublikowano w 2018 roku , więc nie obejmuje ono najnowszych fal, które przewyższyły niemal wszystkie z nich. Najgorsza fala miała miejsce między końcem lipca a połową sierpnia 2003 roku i w samej Hiszpanii spowodowała tysiące zgonów . Badanie pokazuje, jak rzeki nizinne utraciły znaczną część swojego przepływu wody, ale nie rzeki zasilane śniegiem, który po szybkim stopieniu miał odwrotny skutek. Najgorszym aspektem było zaobserwowane odchylenie termiczne. Nunzio Seviglia, badacz ze Szwajcarskiego Federalnego Instytutu Technologii w Zurychu, szacuje je na „prawie cztery stopnie” w porównaniu ze średnią odnotowaną od 1984 roku.

Wpływ fal upałów w rzekach nie wpływa na ludzi, przynajmniej nie bezpośrednio. Cierpi na tym życie w rzece. Badanie populacji mięczaków w Saonie (Francja) pokazuje, jak kilka gatunków z rodzaju Pisidium , maleńkich małży, praktycznie wyginęło po lecie 2003 roku. Ponad dekadę później, w 2015 roku , nowe liczenie w różnych punktach wzdłuż rzeki wykazało, że populacja małży nadal się nie odrodziła. Jednak poza kilkoma mniejszymi małżami, Seviglia przywołuje wnioski ze swojej pracy nad szwajcarskimi rzekami: „Ekstremalna fala upałów, będąca zaburzeniem o charakterze impulsu, z większym prawdopodobieństwem spowoduje zmianę stanu ekosystemów, dając im impuls do przekroczenia progów ekologicznych w kierunku nowych i potencjalnie nieodwracalnych stanów ekosystemów”.

Luz Boyero, badaczka i współkierownik Grupy Ekologii Rzek na Uniwersytecie Kraju Basków, nie badała fal upałów jako takich, lecz raczej wpływ ekstremalnych temperatur na cykl życia rzeki : rozkład materii organicznej. Dla Boyero, która uważa wyniki uzyskane przez jej amerykańskich kolegów za „uogólnialne i globalne”, interesującym aspektem ich pracy jest to, że „w przypadku rzek lub ekosystemów wodnych w ogóle, oprócz samych zmian klimatu, ingerencje człowieka, takie jak tamy, odgrywają istotną rolę w powstawaniu fal wysokich temperatur”.

W eksperymencie z liśćmi trzech gatunków zebranych na brzegach rzeki Agüera (Kantabria i Vizcaya) grupa Boyero wystawiła je na działanie temperatur sięgających 40º, aby sprawdzić, jak nadmiar ciepła wpływa na szybkość i jakość procesu rozkładu niezbędnych składników odżywczych, które stanowią podstawę dla organizmów detrytusożernych (detrytusu), a te z kolei są podstawą dla innych organizmów, stanowiących pożywienie dla mniejszych ryb, te z kolei dają życie większym...