Когда зима уступает место весне, сезонный снежный покров на западе США начинает таять. Хотя часть талой воды стекает по поверхности и через неглубокий альпийский грунт, новые исследования показывают, что большая её часть уходит в коренные породы, где просачивается в течение многих лет, прежде чем выйти на поверхность. Согласно исследованию, свежий снежный покров составляет менее половины воды в бурлящих ручьях региона.
Улучшение прогнозов водных ресурсов
Новые данные могут улучшить прогнозы водных ресурсов. Гидрологические модели, на которых основаны прогнозы, в основном не учитывают вклад подземных вод и предполагают, что обильные потоки в источниках напрямую связаны с сезонным таянием снега.
Авторы исследования, опубликованного в журнале «Communications Earth & Environment», использовали радиоактивный изотоп водорода, известный как тритий, чтобы определить, когда вода в 42 водосборных бассейнах на западе США выпала в виде осадков.
Они обнаружили, что в конце зимы, когда дождей и снеготаяния было мало, а ручьи питались в основном за счёт подземных вод, вода выпадала в виде осадков в среднем 10,4 года назад. Даже весной, когда те же ручьи были переполнены свежим стоком, их холодная вода имела средний возраст 5,7 года, что всё равно указывает на значительный вклад подземных вод.
Подземное ведро
Первый автор исследования, Пол Брукс, гидролог из Университета Юты, сказал, что гидрологические модели обычно представляют горы как непроницаемые массы, покрытые тонким слоем альпийского грунта, который можно сравнить со слоем губки. «Снеготаяние подпитывает подземные воды и мобилизует подземные воды, которые хранились в течение гораздо более длительных периодов», — сказал он.
Однако за последние несколько десятилетий учёные обнаружили множество признаков того, что в горах могут храниться огромные объёмы воды за пределами их губчатого внешнего слоя. Многие ручьи на большой высоте несут растворённые минералы, аналогичные тем, что содержатся в подземных водах, что указывает на подземное происхождение. Учёные, изучающие здоровые альпийские экосистемы в засушливых условиях, задавались вопросом, используют ли растения скрытый резервуар воды.
Хотя снеготаяние и осадки сразу увеличивают сток, связь между ними не так очевидна. «Похоже, что снеготаяние подпитывает подземные воды и мобилизует подземные воды, которые хранились в течение гораздо более длительных периодов», — сказал Джеймс Кирхнер, гидролог из Федеральной политехнической школы Цюриха, который не участвовал в исследовании.
В районах, где горы состоят из пористого песчаника, вода, отслеживаемая в новом исследовании, была намного старше. В одном из таких ручьёв средний возраст воды зимой составлял 14 лет.
Авторы смогли убедительно продемонстрировать возраст потоков, потому что использовали тритий, сказал Кирхнер. Хотя учёные ранее использовали тритий для датировки воды из отдельных ручьёв и крупных водоёмов, таких как океаны и озёра, это исследование — первое, в котором тритий использовался для датировки альпийских подземных вод и снеготаяния в нескольких водосборных бассейнах, сказал Брукс.
Основываясь на исторических потоках, годовым осадкам и возрасту воды в ручьях, горы могут хранить на порядок больше воды, чем учитывается в текущих моделях, сказал Брукс. В отличие от непроницаемых масс в традиционных моделях, горы, по его словам, «больше похожи на ведро с губкой наверху».
Это открытие может изменить представление учёных об альпийском круговороте воды. «Если осадки в среднем уходят годы, чтобы выйти в виде речного стока, это означает, что речной сток в любой год зависит от климата и погоды за несколько лет», — сказал Брукс. Это означает, что прогнозистам следует учитывать не только самый последний снежный покров при оценке весенних паводков и потенциального затопления.
Однако необходимы дальнейшие исследования, чтобы выяснить роль гор в хранении воды. Текущее исследование ограничено тем, что охватывает только ручьи, питаемые снеготаянием, на засушливом западе США, сказал Кирхнер. В более влажных местах всё может работать по-другому, добавил он.
— Марк ДеГрафф (@markr4nger.bsky.social), научный писатель
Источник: DeGraff, M. (2025), Years-old groundwater dominates spring mountain streams, Eos, 106, https://doi.org/10.1029/2025EO250238. Опубликовано 3 июля 2025 года.
Текст © 2025. Авторы. CC BY-NC-ND 3.0