Растворённые в сибирских реках вещества раскрывают возраст лесных пожаров
Российская академия наук
Международный научный коллектив установил, что по изменению химического состава примесей в речной воде можно с высокой точностью определять давность лесных пожаров и масштаб протаивания вечной мерзлоты в Центральной Сибири.
Это позволит прогнозировать, как быстро восстанавливаются сибирские леса, насколько активно деградирует многолетняя мерзлота и сколько растворённых веществ будет попадать в Северный Ледовитый океан на фоне глобального потепления. Результаты исследования опубликованы в журнале CATENA.
Лесные пожары становятся всё более серьёзной проблемой для бореальных лесов планеты. Сильные пожары катастрофически влияют на лесные ресурсы, вызывают негативные социальные и экономические последствия, а также подрывают способность лесов накапливать углерод из атмосферы и снижают биоразнообразие на выгоревших территориях. Помимо того, пожары влияют на круговорот химических веществ в биосфере. Это приводит к долгосрочным биогеохимическим последствиям, которые могут сохраняться десятилетиями. Зола от лесных пожаров обогащена различными элементами. Многие из них находятся в водорастворимых формах, поэтому легко могут оказаться в ручьях. Особенно уязвимы регионы с многолетней мерзлотой, где протаивание мерзлотного слоя после пожара способствует более активному вымыванию элементов в воды рек и ручьев.
Сотрудники ФИЦ «Красноярский научный центр СО РАН», ФИЦ комплексного изучения Арктики им. ак. Н.П. Лавёрова Уральского отделения РАН при участии коллег из Франции, Канады и США выяснили, что по изменению в речной воде концентрации анионов — минеральных соединений с отрицательным зарядом — можно с высокой точностью определить, как давно горел лес, и оценить масштаб протаивания многолетней мерзлоты.
Специалисты оценили, как лесные пожары влияют на содержание основных анионов (бикарбоната, хлорида, сульфата) и питательных элементов (нитрата и фосфата) в водосборных бассейнах центральной части Сибири, где доминируют лиственничные и березовые леса на многолетней мерзлоте. Изучив участки с различной историей пожаров, от нескольких дней до 129 лет после возгорания, биологи проанализировали миграцию растворенных веществ из пирогенных слоев в почву и далее в речную сеть.
Оказалось, что концентрации элементов, попавших в реки после пожара, по-разному изменяются со временем, что позволяет использовать их как маркеры истории пожаров. Например, сульфаты служат наиболее надежным индикатором времени, прошедшего с момента пожара: их уровень резко возрастает после пожарного воздействия и возвращается к фоновым значениям примерно через 20 лет. Бикарбонат, напротив, достигает пика в ручьях лишь спустя два десятилетия, сигнализируя о том, насколько глубже стала оттаивать мерзлота. Уровень нитратов максимален в первое десятилетие, а затем снижается по мере восстановления растительности. Таким образом, главные анионы, образующиеся после пожаров, могут служить надежными индикаторами интенсивности пожара и времени, прошедшего с момента возгорания.
«Наши результаты важны для прогнозирования реакции ландшафта на увеличение частоты лесных пожаров и глобальное потепление. Они позволят лучше понять будущие изменения в функционировании экосистемы сибирской тайги и выносе неорганических растворенных веществ в Северный Ледовитый океан. Поскольку изменение климата увеличивает частоту и интенсивность пожаров, а также глубину протаивания мерзлоты, вынос неорганических растворённых веществ в Северный Ледовитый океан будет усиливаться. Предложенный метод анализа анионов в ручьях позволяет создать эффективную, пространственно-интегрированную систему мониторинга. Включение динамики анионов в региональные системы мониторинга может предложить эффективный инструмент для отслеживания режимов пожаров, восстановления экосистем и стабильности многолетней мерзлоты в быстро нагревающихся бореальных и арктических регионах Сибири», — отмечает научный сотрудник Института леса им. В.Н. Сукачёва СО РАН — обособленного подразделения ФИЦ КНЦ СО РАН кандидат биологических наук Ирина Владимировна Токарева.
Авторы призывают экстраполировать результаты с осторожностью, учитывая различия природных условий Центральной Сибири. Тем не менее анализ речной воды может стать важным инструментом для оценки масштабов лесных пожаров и скоростей восстановления экосистем в быстро нагревающихся арктических и бореальных регионах.
Текст: группа научных коммуникаций ФИЦ КНЦ СО РАН.
Источник: «Наука в Сибири».