Ci si potrebbe aspettare che le piante che sperano di prosperare nel ciclo delle piogge in California scelgano di mettere radici in un luogo che può immagazzinare molta acqua nel sottosuolo per durare negli anni di siccità.

Ma alcune delle comunità vegetali di maggior successo nello stato, e probabilmente nei climi mediterranei di tutto il mondo, caratterizzati da inverni umidi ed estati secche, hanno adottato un approccio diverso. Hanno imparato a prosperare in aree con una capacità di stoccaggio dell'acqua sotterranea appena abbastanza grande da contenere l'acqua che cade anche negli anni magri.

Sorprendentemente, queste piante fanno bene sia negli anni di acqua bassa che in quelli piovosi proprio perché il terreno e la roccia alterata sotto terra immagazzinano così poca acqua rispetto alla pioggia erogata.

"Il punto chiave del nostro studio è che, in molti siti della costa nord, la capacità di stoccaggio è piccola rispetto a quanto piove, " ha detto Jesse Hahm, uno studente laureato presso l'Università della California, Berkeley, e uno dei due primi autori dello studio. "Poiché la capacità del sottosuolo di immagazzinare acqua durante la stagione delle piogge è ridotta, piove ancora abbastanza, anche negli anni secchi, per rifornire l'approvvigionamento idrico. La limitata capacità di stoccaggio sotterranea è il meccanismo chiave che disaccoppia le piante e quanta disponibilità di acqua hanno in estate dalle grandi oscillazioni delle precipitazioni invernali".

Di conseguenza, queste piante sono molto più resistenti negli anni di siccità, come evidenziato dalla costa settentrionale relativamente intatta della California durante i recenti periodi di siccità che hanno ucciso centinaia di milioni di alberi nella Sierra Nevada.

"Poiché l'acqua sotterranea viene reintegrata anche negli anni di siccità, in estate queste piante percepiscono la stessa quantità di approvvigionamento idrico sotto terra, non importa quanta pioggia è caduta durante l'inverno, " Hahm ha detto. "Non sanno davvero se ha piovuto molto o poco, perché hanno la stessa quantità di acqua immagazzinata sotto terra ogni estate".

Il rovescio della medaglia, le piante che crescono oggi su un terreno che può assorbire tanta acqua quanta ne possono fornire le piogge invernali ospitano piante che dovranno affrontare il clima sempre più secco dello stato, mettendoli a rischio con i cambiamenti climatici. Questo potrebbe essere un problema per le comunità vegetali della Sierra Nevada che fanno meno affidamento su un manto nevoso persistente e sempre più sull'acqua sotterranea immagazzinata per durare durante l'estate secca.

Hahm e David Dralle, l'altro primo autore e un ex studente laureato a Berkeley che è assistente professore alla Sacramento State University, descrivere le loro scoperte, insieme ai loro colleghi, in un articolo recentemente accettato dalla rivista Lettere di ricerca geofisica e ora in linea.

Umidità della roccia

Mentre la maggior parte delle persone pensa che le piante si basino solo sull'acqua immagazzinata nel terriccio, William Dietrich di Berkeley, professore di scienze della terra e planetarie, e la neolaureata Daniella Rempe, un assistente professore presso l'Università del Texas, Austin, ha scoperto di recente che l'acqua immagazzinata nella roccia fratturata e alterata sotto il suolo svolge un ruolo uguale o maggiore. Ciò che Dietrich e Rempe chiamano "umidità delle rocce" può rappresentare una percentuale significativa di ciò su cui le piante fanno affidamento ogni anno.

Una delle principali implicazioni del nuovo studio, Dietrich dice, è che i modelli climatici globali devono incorporare l'umidità delle rocce nei loro calcoli per rappresentare e prevedere con precisione gli impatti della siccità o delle piogge intense. Negli ultimi anni, alberi uccisi dalla siccità o dal calore hanno alimentato catastrofici incendi in California, Spagna, Grecia, Australia e molte regioni con un secco, Clima mediterraneo.

"Capire come l'acqua viene immagazzinata in profondità all'interno del substrato roccioso alterato e come le variazioni nell'approvvigionamento idrico e nelle precipitazioni influenzino l'approvvigionamento idrico delle piante in quella zona è estremamente importante in un clima stagionalmente secco, "Hah detto.

Nel loro studio, i ricercatori hanno esaminato 26 siti in tutto lo stato. Tutti erano sotto la cintura di neve, così che la pioggia invernale immagazzinata sotto terra era la fonte d'acqua dominante per le piante durante la stagione secca estiva. Utilizzando i dati sulle precipitazioni e i dati sul flusso del flusso del Servizio Geologico degli Stati Uniti per calcolare la quantità di acqua immagazzinata annualmente nel sottosuolo, sono stati in grado di valutare la capacità di stoccaggio sotterranea del suolo e della roccia alterata.

Dei 26 siti, solo sette, tutti nelle catene costiere settentrionali, avevano una capacità di stoccaggio dell'acqua sotterranea limitata e se la sono cavata bene durante la recente prolungata siccità dello stato, tra il 2011 e il 2016. Questi siti spaziavano dalla savana erbosa e di querce e dal chaparral alle fitte foreste di abeti Douglas, ma tutti erano caratterizzati da un basso accumulo sotto la superficie rispetto alle precipitazioni medie annue nell'area, che tende ad essere alto. L'acqua in eccesso che il sottosuolo non poteva immagazzinare in inverno scorreva attraverso il suolo e fratturava il substrato roccioso e finiva nei torrenti.

Gli altri siti, compresa la maggior parte dei siti nel sud della California, sofferto nella siccità, con morie di vegetazione e meno sane, piante meno verdi. Tutti erano caratterizzati da un accumulo interrato sufficiente ad assorbire la maggior parte delle precipitazioni che cadono annualmente, ma che era stato lasciato esaurito negli anni di siccità.

Utilizzando immagini satellitari per misurare la produttività e la salute della vegetazione in ogni sito, i ricercatori hanno concluso che i siti con un'elevata capacità di stoccaggio relativa erano quelli che variavano di più tra gli anni umidi e quelli secchi per quanto riguardava il verde delle piante. I siti con una bassa capacità di stoccaggio sotterranea rispetto alle precipitazioni medie annue hanno ottenuto risultati migliori, rimanendo allo stesso modo verde e sano negli anni di siccità e di pioggia allo stesso modo.

Hahm ha notato che molte piante della Sierra Nevada fanno affidamento sul manto nevoso per dissetarsi durante le tipiche estati senza pioggia. Ma poiché le temperature aumentano con il riscaldamento globale, le precipitazioni invernali si presenteranno sempre più sotto forma di pioggia.

"In un modo, questo è uno sguardo al futuro, "Hahm ha detto. "Mentre il clima si riscalda, e con l'aumentare dell'altezza del limite delle nevi in ​​queste catene montuose, sempre più luoghi passeranno dall'essere dipendenti dal manto nevoso all'essere dipendenti dall'acqua immagazzinata nel sottosuolo. È necessario approfondire la comprensione di come questa limitazione della capacità di stoccaggio avrà un impatto sugli impianti in tutto lo stato nelle aree di alta montagna".

Le intuizioni sull'umidità delle rocce sono emerse da un progetto a lungo termine presso l'Angelo Coast Range Reserve nel nord della California, parte del sistema di riserve naturali dell'UC, dove gli scienziati dell'Osservatorio della zona critica del fiume Eel hanno seguito l'acqua dal cielo attraverso la vegetazione, suolo e roccia nei corsi d'acqua e di nuovo nell'atmosfera tramite evaporazione e traspirazione per tracciare il ciclo di vita dell'acqua nell'ambiente. Finanziamento primario per l'osservatorio, che Dietrich dirige, proviene dalla National Science Foundation (EAR 1331940).