Vous pourriez vous attendre à ce que les plantes qui espèrent prospérer dans le cycle des pluies d'expansion ou de ralentissement de la Californie choisissent de s'enraciner dans un endroit qui peut stocker beaucoup d'eau sous terre pour survivre aux années de sécheresse.

Mais certaines des communautés végétales les plus prospères de l'État - et probablement dans les climats méditerranéens du monde entier - qui se caractérisent par des hivers humides et des étés secs ont adopté une approche différente. Ils ont appris à prospérer dans des zones avec une capacité de stockage d'eau souterraine à peine assez grande pour retenir l'eau qui tombe même pendant les années de vaches maigres.

Étonnamment, ces plantes réussissent bien les années d'étiage et de pluie précisément parce que le sol et la roche altérée sous le sol stockent si peu d'eau par rapport à la pluie fournie.

"Le point clé de notre étude est que, dans de nombreux sites de la côte nord, la capacité de stockage est faible par rapport à la quantité de pluie, " a déclaré Jesse Hahm, un étudiant diplômé de l'Université de Californie, Berkeley, et l'un des deux premiers auteurs de l'étude. « Parce que la capacité du sous-sol à stocker de l'eau pendant la saison des pluies est faible, il pleut encore assez, même les années sèches, pour reconstituer l'approvisionnement en eau. La capacité limitée de stockage souterrain est le mécanisme clé qui dissocie les plantes et la quantité d'eau dont elles disposent en été des grandes fluctuations des précipitations hivernales. »

Par conséquent, ces plantes sont beaucoup plus résistantes les années de sécheresse, comme en témoigne la côte nord relativement indemne de la Californie lors des récentes sécheresses qui ont tué des centaines de millions d'arbres dans la Sierra Nevada.

« Parce que l'eau souterraine se reconstitue même pendant les années de sécheresse, en été, ces plantes ressentent la même quantité d'eau sous terre, peu importe la quantité de pluie tombée pendant l'hiver, " a dit Hahm. " Ils ne savent pas vraiment s'il a plu beaucoup ou un peu, parce qu'ils ont la même quantité d'eau stockée sous terre chaque été. »

D'un autre côté, les plantes poussant aujourd'hui sur un sol pouvant absorber autant d'eau que les pluies hivernales peuvent en fournir abritent des plantes qui devront faire face au climat de plus en plus sec de l'état, les mettant en danger à mesure que le climat change. Cela peut être un problème pour les communautés végétales de la Sierra Nevada qui dépendent moins d'un manteau neigeux persistant et de plus en plus de l'eau souterraine stockée pour durer tout l'été sec.

Hahm et David Dralle, l'autre premier auteur et un ancien étudiant diplômé de Berkeley qui est professeur assistant à l'Université d'État de Sacramento, décrire leurs découvertes, avec leurs collègues, dans un article récemment accepté par la revue Lettres de recherche géophysique et maintenant en ligne.

L'humidité de la roche

Alors que la plupart des gens pensent que les plantes ne dépendent que de l'eau stockée dans la couche arable, William Dietrich de Berkeley, professeur de sciences de la terre et des planètes, et récemment diplômée Daniella Rempe, professeur assistant à l'Université du Texas, Austin, ont récemment découvert que l'eau stockée dans la roche fracturée et altérée sous le sol joue un rôle égal ou supérieur. Ce que Dietrich et Rempe appellent « l'humidité de la roche » peut représenter une proportion importante de ce dont les plantes dépendent chaque année.

Une implication majeure de la nouvelle étude, Dietrich dit, est que les modèles climatiques mondiaux doivent intégrer l'humidité de la roche dans leurs calculs pour représenter et prévoir avec précision les impacts de la sécheresse ou des fortes précipitations. Dans les années récentes, les arbres tués par la sécheresse ou la chaleur ont alimenté des incendies de forêt catastrophiques en Californie, Espagne, Grèce, L'Australie et de nombreuses régions à sec, Climat méditerranéen.

« Comprendre comment l'eau est stockée profondément dans le substratum rocheux altéré et comment les variations de cet approvisionnement en eau et des précipitations affectent l'approvisionnement en eau des plantes dans cette zone est extrêmement important dans un climat saisonnier sec, " a dit Hahm.

Dans leur étude, les chercheurs ont examiné 26 sites dans tout l'État. Tous étaient sous la ceinture de neige, de sorte que les pluies hivernales stockées sous terre étaient la principale source d'eau pour les plantes pendant la saison sèche estivale. En utilisant les données de précipitations et les données de débit des cours d'eau de l'U.S. Geological Survey pour calculer la quantité d'eau stockée chaque année sous terre, ils ont pu évaluer la capacité de stockage souterrain du sol et de la roche altérée.

Sur les 26 sites, seulement sept - tous dans les chaînes de la côte nord - avaient une capacité de stockage d'eau souterraine limitée et s'en sont bien sortis pendant la récente sécheresse prolongée de l'État, entre 2011 et 2016. Ces sites allaient de la savane herbeuse et à chênes et chaparral aux forêts denses de douglas, mais tous étaient caractérisés par un faible stockage souterrain par rapport aux précipitations annuelles moyennes dans la région, qui a tendance à être élevé. L'excès d'eau que le sous-sol ne pouvait pas stocker en hiver a traversé le sol et fracturé le substrat rocheux et s'est retrouvé dans les ruisseaux.

Les autres sites, y compris la plupart des sites du sud de la Californie, souffert de la sécheresse, avec des dépérissements de la végétation et moins sains, moins de plantes vertes. Tous étaient caractérisés par un stockage souterrain suffisant pour absorber la plupart des précipitations qui tombent chaque année, mais cela avait été épuisé pendant les années de sécheresse.

En utilisant des images satellites pour évaluer la productivité et la santé de la végétation sur chaque site, les chercheurs ont conclu que les sites avec une capacité de stockage relative élevée étaient ceux qui variaient le plus entre les années humides et sèches dans la façon dont les plantes étaient vertes. Les sites à faible capacité de stockage souterrain par rapport aux précipitations annuelles moyennes s'en sont mieux sortis, restant tout aussi vert et sain pendant les années de sécheresse et les années humides.

Hahm a noté que de nombreuses plantes de la Sierra Nevada dépendent du manteau neigeux pour étancher leur soif pendant les étés typiques sans pluie. Mais à mesure que les températures augmentent avec le réchauffement climatique, les précipitations hivernales se produiront de plus en plus sous forme de pluie.

"Dans un sens, c'est un aperçu du futur, " Hahm a dit. " Comme le climat se réchauffe, et à mesure que l'altitude de la limite des neiges augmente dans ces chaînes de montagnes, de plus en plus d'endroits passeront de la dépendance au manteau neigeux à la dépendance à l'eau stockée dans le sous-sol. Comprendre comment cette limitation de la capacité de stockage aura un impact sur les usines de l'État dans les zones de haute montagne doit être exploré davantage. »

Les informations sur l'humidité de la roche ont émergé d'un projet à long terme dans la réserve Angelo Coast Range en Californie du Nord, partie du système de réserve naturelle de l'UC, où les scientifiques de l'observatoire de la zone critique d'Eel River ont suivi l'eau du ciel à travers la végétation, le sol et la roche dans les cours d'eau et remontent dans l'atmosphère par évaporation et transpiration pour tracer le cycle de vie de l'eau dans l'environnement. Financement principal de l'observatoire, que dirige Dietrich, provient de la National Science Foundation (EAR 1331940).