• Energy Research

Abstract Mechanisms underlying plant succession remain highly debated. A global quantification of the relative importance of species addition versus replacement is lacking due to the local scope of most studies. We quantified their role in the variation of plant communities colonizing the forelands of 46 retreating glaciers distributed worldwide, using both environmental DNA and traditional surveys. Both mechanisms concur in determining community changes over time but their relative importance varied over time along successions. Taxa addition predominated immediately after glacier retreat, as expected in harsh environments, while replacement became more important for late-successional communities. Those changes were aligned with total beta-diversity changes, which were larger between early successional communities than between late-successional communities (>50 years since glacier retreat). Despite the complexity of community assembly over plant succession, our global pattern suggests a generalized shift from the dominance of facilitation and/or stochastic processes in early successional communities to a predominance of competition later on.

La cordillère des Andes contient la cryosphère la plus diversifiée sur Terre, y compris de vastes zones couvertes de neige saisonnière, de nombreux glaciers tropicaux et extratropicaux et de nombreux reliefs de pergélisol montagneux. Ici, nous passons en revue quelques avancées récentes dans l'étude des principales composantes de la cryosphère dans les Andes, et discutons des changements observés dans la neige saisonnière et les masses de glace permanentes de cette région au cours des dernières décennies. Le libre accès et la disponibilité croissante des produits de télédétection ont considérablement amélioré notre compréhension de l'état actuel et des changements récents de la cryosphère andine, permettant un détail sans précédent dans leur identification et leur suivi à l'échelle locale et régionale. Les analyses des cartes de couverture neigeuse ont permis d'identifier les tendances saisonnières et les tendances à long terme de l'accumulation de neige pour la plupart des Andes, certains secteurs du centre du Chili et du centre-ouest de l'Argentine montrant une nette diminution des chutes de neige et de la persistance de la neige depuis 2010. Cette récente pénurie de neige de montagne a provoqué une sécheresse prolongée et sévère sans précédent dans les registres hydrologiques et climatologiques de cette région. En plus des données provenant des inventaires mondiaux des glaciers, des inventaires détaillés à l'échelle locale/régionale sont désormais également disponibles gratuitement, fournissant de nouvelles informations importantes pour les évaluations glaciologiques, hydrologiques et climatologiques dans différents secteurs des Andes. De nombreuses études largement basées sur des mesures sur le terrain et/ou des techniques de télédétection ont documenté le récent rétrécissement des glaciers dans les Andes. Cette perte de masse de glace observée a placé les glaciers andins parmi les plus grands contributeurs à l'élévation du niveau de la mer par unité de surface. D'autres études récentes se sont concentrées sur les glaciers rocheux, montrant que dans de vastes secteurs semi-arides des Andes, ces caractéristiques du pergélisol de montagne contiennent de grandes réserves d'eau douce et peuvent jouer un rôle crucial à mesure que le climat futur devient plus chaud et plus sec dans cette région. De nombreuses questions pertinentes restent cependant à étudier, notamment une meilleure estimation des volumes de glace à l'échelle locale et des évaluations détaillées de l'importance hydrologique des différentes composantes de la cryosphère dans les bassins fluviaux andins. La Cordillera de los Andes contiene la criosfera más diversa de la Tierra, incluidas extensas áreas cubiertas por nieve estacional, numerosos glaciares tropicales y extratropicales y muchos accidentes geográficos de permafrost de montaña. Aquí, revisamos algunos avances recientes en el estudio de los principales componentes de la criosfera en los Andes, y discutimos los cambios observados en la nieve estacional y las masas de hielo permanentes de esta región en las últimas décadas. El acceso abierto y la creciente disponibilidad de productos de teledetección ha producido una mejora sustancial en nuestra comprensión del estado actual y los cambios recientes de la criosfera andina, lo que permite un detalle sin precedentes en su identificación y monitoreo a escala local y regional. Los análisis de los mapas de la cubierta de nieve han permitido identificar patrones estacionales y tendencias a largo plazo en la acumulación de nieve para la mayor parte de los Andes, y algunos sectores en el centro de Chile y el centro-oeste de Argentina muestran una clara disminución de las nevadas y la persistencia de la nieve desde 2010. Esta reciente escasez de nieve de montaña ha provocado una prolongada y severa sequía que no tiene precedentes en los registros hidrológicos y climatológicos de esta región. Junto con los datos de los inventarios mundiales de glaciares, los inventarios detallados a escala local/regional ahora también están disponibles gratuitamente, proporcionando nueva información importante para las evaluaciones glaciológicas, hidrológicas y climatológicas en diferentes sectores de los Andes. Numerosos estudios basados en gran medida en mediciones de campo y/o técnicas de teledetección han documentado la reciente contracción de los glaciares en los Andes. Esta pérdida de masa de hielo observada ha colocado a los glaciares andinos entre los que más contribuyen al aumento del nivel del mar por unidad de área. Otros estudios recientes se han centrado en los glaciares de roca, lo que demuestra que en amplios sectores semiáridos de los Andes estas características de permafrost de montaña contienen grandes reservas de agua dulce y pueden desempeñar un papel crucial a medida que el clima futuro se vuelva más cálido y seco en esta región. Sin embargo, quedan por investigar muchas cuestiones relevantes, incluida una mejor estimación de los volúmenes de hielo a escala local y evaluaciones detalladas de la importancia hidrológica de los diferentes componentes de la criosfera en las cuencas fluviales andinas. The Andes Cordillera contains the most diverse cryosphere on Earth, including extensive areas covered by seasonal snow, numerous tropical and extratropical glaciers, and many mountain permafrost landforms. Here, we review some recent advances in the study of the main components of the cryosphere in the Andes, and discuss the changes observed in the seasonal snow and permanent ice masses of this region over the past decades. The open access and increasing availability of remote sensing products has produced a substantial improvement in our understanding of the current state and recent changes of the Andean cryosphere, allowing an unprecedented detail in their identification and monitoring at local and regional scales. Analyses of snow cover maps has allowed the identification of seasonal patterns and long term trends in snow accumulation for most of the Andes, with some sectors in central Chile and central-western Argentina showing a clear decline in snowfall and snow persistence since 2010. This recent shortage of mountain snow has caused an extended, severe drought that is unprecedented in the hydrological and climatological records from this region. Together with data from global glacier inventories, detailed inventories at local/regional scales are now also freely available, providing important new information for glaciological, hydrological and climatological assessments in different sectors of the Andes. Numerous studies largely based on field measurements and/or remote sensing techniques have documented the recent glacier shrinkage throughout the Andes. This observed ice mass loss has put Andean glaciers among the highest contributors to sea level rise per unit area. Other recent studies have focused on rock glaciers, showing that in extensive semi-arid sectors of the Andes these mountain permafrost features contain large reserves of freshwater and may play a crucial role as future climate becomes warmer and drier in this region. Many relevant issues remain to be investigated, however, including an improved estimation of ice volumes at local scales, and detailed assessments of the hydrological significance of the different components of the cryosphere in Andean river basins. تحتوي جبال الأنديز كوردييرا على الغلاف الجليدي الأكثر تنوعًا على الأرض، بما في ذلك المناطق الشاسعة التي تغطيها الثلوج الموسمية، والعديد من الأنهار الجليدية الاستوائية وغير الاستوائية، والعديد من التضاريس الجبلية دائمة التجمد. نستعرض هنا بعض التطورات الحديثة في دراسة المكونات الرئيسية للغلاف الجليدي في جبال الأنديز، ونناقش التغيرات التي لوحظت في الثلوج الموسمية والكتل الجليدية الدائمة لهذه المنطقة على مدى العقود الماضية. أدى الوصول المفتوح وزيادة توافر منتجات الاستشعار عن بعد إلى تحسن كبير في فهمنا للحالة الراهنة والتغيرات الأخيرة في الغلاف الجليدي للأنديز، مما سمح بتفاصيل غير مسبوقة في تحديدها ورصدها على المستويين المحلي والإقليمي. سمحت تحليلات خرائط الغطاء الثلجي بتحديد الأنماط الموسمية والاتجاهات طويلة الأجل في تراكم الثلوج في معظم جبال الأنديز، حيث أظهرت بعض القطاعات في وسط تشيلي ووسط غرب الأرجنتين انخفاضًا واضحًا في تساقط الثلوج واستمرارها منذ عام 2010. وقد تسبب هذا النقص الأخير في الثلوج الجبلية في جفاف شديد ممتد لم يسبق له مثيل في السجلات الهيدرولوجية والمناخية من هذه المنطقة. إلى جانب البيانات المستمدة من قوائم الجرد العالمية للأنهار الجليدية، تتوفر الآن أيضًا قوائم جرد مفصلة على المستويات المحلية/الإقليمية مجانًا، مما يوفر معلومات جديدة مهمة للتقييمات الجليدية والهيدرولوجية والمناخية في قطاعات مختلفة من جبال الأنديز. وثقت العديد من الدراسات التي تستند إلى حد كبير إلى القياسات الميدانية و/أو تقنيات الاستشعار عن بعد الانكماش الأخير للأنهار الجليدية في جميع أنحاء جبال الأنديز. وقد وضع فقدان الكتلة الجليدية الملحوظ الأنهار الجليدية في الأنديز بين أعلى المساهمين في ارتفاع مستوى سطح البحر لكل وحدة مساحة. ركزت دراسات حديثة أخرى على الأنهار الجليدية الصخرية، وأظهرت أنه في القطاعات شبه القاحلة الواسعة في جبال الأنديز، تحتوي هذه المعالم الجبلية دائمة التجمد على احتياطيات كبيرة من المياه العذبة وقد تلعب دورًا حاسمًا حيث يصبح المناخ المستقبلي أكثر دفئًا وجفافًا في هذه المنطقة. ومع ذلك، لا يزال يتعين التحقيق في العديد من القضايا ذات الصلة، بما في ذلك تحسين تقدير أحجام الجليد على المستويات المحلية، وإجراء تقييمات مفصلة للأهمية الهيدرولوجية لمختلف مكونات الغلاف الجليدي في أحواض أنهار الأنديز.

Abstract. The mountain cryosphere of mainland Europe is recognized to have important impacts on a range of environmental processes. In this paper, we provide an overview on the current knowledge on snow, glacier, and permafrost processes, as well as their past, current, and future evolution. We additionally provide an assessment of current cryosphere research in Europe and point to the different domains requiring further research. Emphasis is given to our understanding of climate–cryosphere interactions, cryosphere controls on physical and biological mountain systems, and related impacts. By the end of the century, Europe's mountain cryosphere will have changed to an extent that will impact the landscape, the hydrological regimes, the water resources, and the infrastructure. The impacts will not remain confined to the mountain area but also affect the downstream lowlands, entailing a wide range of socioeconomical consequences. European mountains will have a completely different visual appearance, in which low- and mid-range-altitude glaciers will have disappeared and even large valley glaciers will have experienced significant retreat and mass loss. Due to increased air temperatures and related shifts from solid to liquid precipitation, seasonal snow lines will be found at much higher altitudes, and the snow season will be much shorter than today. These changes in snow and ice melt will cause a shift in the timing of discharge maxima, as well as a transition of runoff regimes from glacial to nival and from nival to pluvial. This will entail significant impacts on the seasonality of high-altitude water availability, with consequences for water storage and management in reservoirs for drinking water, irrigation, and hydropower production. Whereas an upward shift of the tree line and expansion of vegetation can be expected into current periglacial areas, the disappearance of permafrost at lower altitudes and its warming at higher elevations will likely result in mass movements and process chains beyond historical experience. Future cryospheric research has the responsibility not only to foster awareness of these expected changes and to develop targeted strategies to precisely quantify their magnitude and rate of occurrence but also to help in the development of approaches to adapt to these changes and to mitigate their consequences. Major joint efforts are required in the domain of cryospheric monitoring, which will require coordination in terms of data availability and quality. In particular, we recognize the quantification of high-altitude precipitation as a key source of uncertainty in projections of future changes. Improvements in numerical modeling and a better understanding of process chains affecting high-altitude mass movements are the two further fields that – in our view – future cryospheric research should focus on.

Most of the world’s mountain glaciers have been retreating for more than a century in response to climate change. Glacier retreat is evident on all continents, and the rate of retreat has accelerated during recent decades. Accurate, spatially explicit information on the position of glacier margins over time is useful for analyzing patterns of glacier retreat and measuring reductions in glacier surface area. This information is also essential for evaluating how mountain ecosystems are evolving due to climate warming and the attendant glacier retreat. Here, we present a non-comprehensive spatially explicit dataset showing multiple positions of glacier fronts since the Little Ice Age (LIA) maxima, including many data from the pre-satellite era. The dataset is based on multiple historical archival records including topographical maps; repeated photographs, paintings, and aerial or satellite images with a supplement of geochronology; and own field data. We provide ESRI shapefiles showing 728 past positions of 94 glacier fronts from all continents, except Antarctica, covering the period between the Little Ice Age maxima and the present. On average, the time series span the past 190 years. From 2 to 46 past positions per glacier are depicted (on average: 7.8).