Nghiên cứu mới đã hé lộ mảnh ghép còn thiếu: mưa xuân, hay đúng hơn là sự thiếu hụt mưa. Mùa xuân ấm hơn và khô hơn đồng nghĩa với việc thực vật hấp thụ nhiều nước tan chảy từ tuyết hơn trước khi nước kịp chảy đến sông, được thúc đẩy bởi bầu trời nắng giúp tăng trưởng và bốc hơi. Trên thực tế, sự thay đổi này giải thích gần 70% lượng nước thiếu hụt, liên kết trực tiếp bí ẩn này với đợt hạn hán kéo dài suốt thiên niên kỷ.

Sông Colorado và hệ thống các nhánh sông của nó cung cấp nước cho bảy tiểu bang của Hoa Kỳ và Mexico, phục vụ nhu cầu nước uống, nông nghiệp và thủy điện. Một phần lớn lượng nước này bắt nguồn từ tuyết trên núi, tích tụ trong suốt mùa đông trước khi tan chảy vào mùa xuân.

Hàng năm, vào đầu tháng tư, các nhà quản lý nguồn nước phân tích lượng tuyết tích tụ để ước tính lượng nước sẽ chảy vào các con sông trong những tháng tiếp theo. Phương pháp này đã hoạt động khá hiệu quả trong nhiều thập kỷ.

Nhưng mọi thứ đã thay đổi vào khoảng năm 2000.

Kể từ đó, các dự báo dựa trên lượng tuyết tích tụ luôn đánh giá quá cao lượng nước thực tế chảy đến sông. Ngay cả trong những năm có lượng tuyết rơi khá tốt, lưu lượng dòng chảy vẫn không đạt mức cần thiết. Khoảng cách ngày càng lớn này đã khiến các nhà khoa học và các nhà quản lý nguồn nước đều bối rối. Vậy nước đang chảy đi đâu?

Mùa xuân ấm hơn và khô hơn đang làm thay đổi hướng dòng chảy của tuyết tan

Nghiên cứu mới từ Đại học Washington chỉ ra một thủ phạm bất ngờ: thiếu mưa vào mùa xuân.

Nghiên cứu cho thấy điều kiện mùa xuân ấm hơn và khô hơn giải thích gần 70% sự khác biệt giữa lưu lượng dòng chảy dự đoán và thực tế. Với lượng mưa ít hơn vào mùa xuân, thực vật phụ thuộc nhiều hơn vào nước từ tuyết tan. Điều đó có nghĩa là lượng nước từ tuyết tan chảy chảy vào suối và sông cũng ít hơn.

Điều kiện khô hạn cũng thường mang lại bầu trời trong xanh hơn. Ánh nắng mặt trời nhiều hơn thúc đẩy sự phát triển của thực vật và làm tăng sự bốc hơi từ đất, làm giảm thêm lượng nước chảy đến sông.

Các phát hiện này đã được công bố trên tạp chí Geophysical Research Letters.

“Giai đoạn mà chúng ta tự hỏi, bắt đầu cùng thời điểm chúng ta chứng kiến ​​sự sụt giảm lượng mưa mùa xuân - sự khởi đầu của ‘hạn hán Thiên niên kỷ’, bắt đầu từ năm 2000 và vẫn tiếp diễn cho đến ngày nay”, tác giả chính Daniel Hogan, nghiên cứu sinh tiến sĩ tại khoa kỹ thuật dân dụng và môi trường của Đại học Washington, cho biết. “Chúng tôi muốn tập trung vào những hậu quả dây chuyền của điều này. Lượng mưa mùa xuân giảm đồng nghĩa với việc sẽ có ít mây hơn. Nghiên cứu này thực sự nhấn mạnh tầm quan trọng của việc nghiên cứu toàn bộ mùa tuyết, chứ không chỉ khi lớp tuyết dày nhất”.

Không chỉ sự bay hơi, thủ phạm thực sự là thực vật

Để giải đáp bí ẩn này, các nhà nghiên cứu đã xem xét một số lời giải thích khả thi. Một ý tưởng ban đầu là có thể lượng tuyết lớn hơn đang chuyển hóa trực tiếp thành hơi nước, một quá trình gọi là thăng hoa.

Nhưng hóa ra, lượng nước bị mất chỉ chiếm khoảng 10% tổng lượng nước.

Thay vào đó, yếu tố quan trọng nhất là cách hệ sinh thái phản ứng với những thay đổi điều kiện mùa xuân. Thực vật, từ cỏ đến cây cối, hoạt động như những máy bơm tự nhiên, hút nước từ đất và thải ra khí quyển.

"Chỉ có một số ít nguyên nhân có thể xảy ra, vì vậy tôi bắt đầu so sánh những yếu tố có thể quan trọng," Hogan nói. "Và chúng tôi thấy rằng những thay đổi vào mùa xuân diễn ra mạnh mẽ hơn nhiều so với các mùa khác. Đó là một sự chuyển biến thực sự đột ngột, từ lớp tuyết dày đến hoa dại nở rộ trong một khoảng thời gian rất ngắn, nếu nói một cách tương đối. Và nếu không có mưa xuân, các loài thực vật - từ hoa dại đến cây cối - giống như những chiếc ống hút khổng lồ, tất cả đều hút nước từ lớp tuyết".

Các nghiên cứu hiện nay cho thấy thực vật có thể tiếp tục hấp thụ một lượng lớn nước ngay cả trong điều kiện nóng và khô hạn, tận dụng cả nước tan từ tuyết và nước ngầm, làm giảm lượng nước chảy đến sông.

Bằng chứng trên khắp lưu vực sông Colorado thượng nguồn

Để hiểu rõ hơn về quá trình này, nhóm nghiên cứu đã phân tích 26 lưu vực đầu nguồn trên khắp lưu vực sông Colorado thượng nguồn ở các độ cao khác nhau. Họ kết hợp dữ liệu trong nhiều thập kỷ, bao gồm cả hồ sơ lưu lượng dòng chảy và lượng mưa từ năm 1964, và lập mô hình lượng nước mà thảm thực vật sẽ tiêu thụ.

"Chúng tôi đưa ra một giả định quan trọng trong bài báo", Hogan nói. "Chúng tôi giả định rằng các cây trồng có nguồn nước không giới hạn ngay cả khi lượng mưa thấp hơn mức trung bình, bởi vì chúng có thể tiếp cận nước tan chảy từ tuyết".

Kết quả thu được nhất quán ở tất cả các địa điểm. Khi lượng mưa mùa xuân thấp, lưu lượng dòng chảy giảm. Các lưu vực ở độ cao thấp hơn cho thấy sự suy giảm lớn nhất. Ở những khu vực này, tuyết tan sớm hơn, tạo điều kiện cho thực vật có nhiều thời gian hơn để phát triển và hấp thụ nước trước khi nước chảy đến các dòng suối.

Vì sao việc dự báo nguồn cung cấp nước ngày càng khó khăn hơn

Những phát hiện này nêu bật một thách thức lớn đối với các nhà quản lý nguồn nước.

Các phương pháp dự báo hiện tại chủ yếu dựa vào các phép đo lượng tuyết tích tụ vào đầu tháng tư. Nhưng vào thời điểm đó, thời tiết mùa xuân vẫn chưa hoàn toàn ổn định, và điều đó hiện đang trở thành một yếu tố quan trọng.

"Tháng tư là thời điểm mọi người muốn biết lượng nước trong các lớp tuyết phủ mỗi năm là bao nhiêu", Lundquist nói. "Nhưng vấn đề khi thực hiện các tính toán này vào tháng tư là rõ ràng mùa xuân vẫn chưa đến. Giờ đây, khi chúng ta biết rằng mưa xuân thực sự quan trọng hơn mưa vào bất kỳ thời điểm nào khác trong năm, chúng ta sẽ phải dự đoán lượng mưa tốt hơn để các dự báo tháng tư này chính xác hơn."

Nhóm nghiên cứu đang tiếp tục điều tra những gì xảy ra vào mùa xuân, bao gồm cả việc liệu những mảng tuyết còn sót lại có hoạt động như những hồ chứa nhỏ cung cấp chất dinh dưỡng cho các loài thực vật gần đó theo thời gian hay không.

Một vấn đề ngày càng nghiêm trọng trên khắp lưu vực sông Colorado

Dữ liệu gần đây hơn cho thấy vấn đề này là một phần của xu hướng lớn hơn và ngày càng trầm trọng hơn.

Từ năm 1999, lượng mưa trên toàn lưu vực sông Colorado đã giảm khoảng 7%, và trong một số năm, chỉ khoảng một nửa lượng nước tuyết tan dự kiến ​​thực sự chảy đến các con sông và suối.

Đồng thời, nhiệt độ tăng cao đang đẩy nhanh quá trình tan chảy của tuyết và làm tăng lượng nước thất thoát do bốc hơi và sử dụng của cây trồng. Trong những trường hợp cực đoan, tuyết tan sớm hơn bình thường vài tuần, làm giảm lượng nước sẵn có vào cuối năm.

Các nghiên cứu khác cũng chỉ ra tầm quan trọng ngày càng tăng của độ ẩm đất và nước ngầm. Đất khô có thể hấp thụ một lượng lớn nước tuyết tan trước khi nó chảy đến các dòng suối, trong khi lượng nước ngầm thất thoát trên toàn lưu vực đã tăng mạnh trong những thập kỷ gần đây.

Tổng hợp các yếu tố này đang làm suy yếu mối liên hệ vốn rất đáng tin cậy giữa lượng tuyết tích tụ và lưu lượng dòng chảy của sông.

Suy nghĩ lại về cách chúng ta đo lường và quản lý nguồn nước

Hạn hán kéo dài càng lâu, những phát hiện này càng trở nên quan trọng. Việc dự báo nguồn cung cấp nước, quản lý hồ chứa và lập kế hoạch dài hạn đều phụ thuộc vào việc hiểu rõ lượng nước thực sự sẽ chảy đến sông là bao nhiêu.

Nghiên cứu này cho thấy rằng chỉ tập trung vào lượng tuyết tích tụ vào mùa đông thôi là chưa đủ.

Thay vào đó, các nhà khoa học và nhà quản lý nguồn nước cần theo dõi sát sao hơn lượng mưa mùa xuân, độ ẩm đất, hoạt động của thực vật và xu hướng nhiệt độ để đưa ra dự báo chính xác hơn.

Nói cách khác, lời giải cho bí ẩn về lượng nước biến mất của sông Colorado không phải là một nguyên nhân duy nhất, mà là một chuỗi phản ứng do biến đổi khí hậu gây ra.