Ученые узнали возраст лесных пожаров по анионам в воде сибирских рек


Возможность с высокой точностью определять по изменению химического состава примесей в речной воде давность лесных пожаров и масштаб протаивания вечной мерзлоты в Центральной Сибири установил международный коллектив ученых, 29 апреля сообщает пресс-служба Красноярского научного центра (КНЦ) СО РАН.

Такой метод, считают исследователи, позволит прогнозировать скорости восстановления сибирских лесов после пожара и деградации многолетней мерзлоты, а также количество растворенных веществ, которое будет попадать в Северный Ледовитый океан в ходе глобального потепления.

В коллектив исследователей вошли ученые КНЦ СО РАН, ФИЦ комплексного изучения Арктики им. академика Н. П. Лаверова УрО РАН, а также специалисты из Франции, Канады и США.

Результаты работы коллектива были представлены в статье «Отчетливый химический след лесных пожаров в почвенном растворе и потоках в таежных ландшафтах с вечной мерзлотой» (The distinct chemical signature of wildfires in soil solution and streams of continuous permafrost taiga landscapes), опубликованной в журнале CATENA.

Актуальность исследования вытекает из серьезности проблемы, создаваемой учащающимися лесными пожарами на северных территориях планеты. Сильные пожары катастрофически снижают лесные ресурсы, приносят негативные социальные и экономические последствия, снижают способность лесов накапливать углерод из атмосферы и уменьшают биоразнообразие на территориях, пострадавших от огня.

Влияние таких пожаров на круговорот химических веществ в биосфере ведет к долгосрочным, на десятилетия, биогеохимическим последствиям. Зола от лесных пожаров содержит различные химические элементы, многие из которых, находясь в водорастворимых формах, легко смываются дождями и талой водой в ручьи и реки. Такой процесс особенно активен в регионах с многолетней мерзлотой из-за протаивания мерзлотного слоя после пожара.

Исследователи установили, что определить с высокой точностью время лесного пожара и масштаб протаивания многолетней мерзлоты можно по изменению в речной воде концентрации анионов.

Они оценили влияние этих пожаров на содержание основных анионов — бикарбонатов, хлоридов, сульфатов — и таких питательных элементов, как нитраты и фосфаты, в водосборных бассейнах центральной части Сибири с преобладанием лиственничных и березовых лесов, произрастающих на многолетней мерзлоте.

Для этого они исследовали участки с различной историей пожаров — от нескольких дней до 129 лет после возгорания — и проанализировали миграцию растворенных веществ из пирогенных слоев сначала в почву и далее в речную сеть.

В результате было установлено, что концентрации элементов, попавших после пожара в реки, изменяются со временем по-разному. Поэтому эти концентрации можно использовать как маркеры истории пожаров. При этом наиболее надежным индикатором времени с момента пожара являются сульфаты: было установлено, что их уровень резко возрастает после пожарного воздействия, а примерно через 20 лет он возвращается к фоновым значениям.

Уровень бикарбонатов, наоборот, лишь спустя два десятилетия достигает пика в ручьях, показывая, насколько глубже стала оттаивать мерзлота. Количество нитратов в водоемах максимально в первое десятилетие, снижаясь затем по мере восстановления растительности. Поэтому по концентрации нитратов можно судить о темпах восстановления наземной растительности в лесу после пожара.

Полученные в ходе анализа данные позволяют исследователям утверждать, что образующиеся после пожаров главные анионы в воде рек и ручьев могут служить надежными индикаторами интенсивности пожара и времени, прошедшего с момента возгорания.

Научный сотрудник Института леса им. В. Н. Сукачева СО РАН кандидат биологических наук Ирина Токарева отметила:

«Наши результаты имеют важное значение 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».

Идущее в настоящее время глобальное изменение климата приводит к увеличению частоты и интенсивности лесных пожаров и глубины протаивания мерзлоты, что будет усиливать вынос неорганических растворенных веществ в Северный Ледовитый океан. Предложенный исследователями метод анализа анионов в ручьях можно использовать для создания эффективной, пространственно-интегрированной системы мониторинга этого процесса.

«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», — указала Ирина Токарева.

Авторы статьи призывают к осторожности при экстраполировании полученных ими результатов, поскольку природные условия в Центральной Сибири различаются. Однако они уверены, что анализ речной воды может использоваться для оценки масштабов лесных пожаров и скоростей восстановления экосистем в арктических и бореальных регионах.

glavno.smi.today