Зона вечной мерзлоты занимает от 60 до 65% территории России и в основном распространена в Восточной Сибири и Забайкалье. Мерзлота особенно чувствительна к изменениям климата и все, что связано с ее режимом, может повлиять на людей, проживающих в зоне ее распространения. Например, она служит каркасом, который обеспечивает стабильность зданий, поэтому оттаивание многолетних мерзлых грунтов может привести к повреждению фундаментов сооружений. Кроме общего потепления и смещения гидрологических циклов, то есть круговорота воды в природе, на режим вечной мерзлоты влияют лесные пожары. Их частота и интенсивность, а также последующие изменения растительного покрова воздействуют на активный, подверженный сезонному таянию и замерзанию, слой почвы.
Экологи Сибирского федерального университета совместно с иностранными коллегами оценили изменения глубины сезонного оттаивания многолетней мерзлоты за период со времени последнего пожара, случившегося более ста лет назад, до сегодняшнего дня. Также они проследили за восстановлением растительности лесоболотной экосистемы. Для этого ученые использовали методы дендрохронологии: измеряли ширину годичных колец подземной части стволов пятнадцати лиственниц из зоны многолетней мерзлоты в Центральной Сибири. Общеизвестно, что такие кольца нарастают по-разному в зависимости от условий в течении года. Благодаря этому их клетки хорошо отражают изменения режима влажности и температуры. Исследователи определили годы прекращения активности клеток, формирующих древесные кольца, на разных уровнях подземной части деревьев и сопоставили их с толщиной активного слоя почвы. Они увидели, что после прохождения пожара и сжигания всей растительности в течение примерно 20 лет прямое проникновение солнечных лучей вызывало оттаивание верхнего слоя вечной мерзлоты. Постепенное восстановление флоры и накопление торфяного слоя запустило обратный процесс и привело к уменьшению глубины протаивания.
«Задача кажется локальной, но если принять во внимание площадь распространения мерзлоты в Северном полушарии, а также территорию, ежегодно проходимую лесными пожарами, то она переходит в разряд глобальных, — рассказал один из авторов работы, сотрудник СФУ и Института леса им. В.Н.Сукачева СО РАН Александр Кирдянов. — Особенно это актуально с учетом воздействия, которое пожары оказывают на экосистемы мерзлотной зоны, поскольку ее таяние влияет на глобальный цикл углерода и способствует высвобождению метана из почв».
Особенность этой работы заключается в том, что ученые применили стандартные методы исследования древесных колец, чтобы изучить необычный объект – корни деревьев. Это позволило решить нетривиальную задачу – оценить динамику толщины активного слоя почвы после прохождения лесного пожара. Обычно исследования послепожарного режима мерзлоты достаточно трудоемки и долговременны. Чтобы учесть влияние годичных изменений погоды, требуется подобрать ряд экосистем, горевших в разное время, и напрямую измерять глубины протаивания в течение нескольких лет. Другой способ – вести длительные наблюдения после прохождения пожара для одной экосистемы, как это делают, например, в Северной Америке. По кольцам корней деревьев ученым удалось восстановить динамику сезонного оттаивания многолетней мерзлоты за период более ста лет, то есть предложенный способ снимает необходимость длительных прямых наблюдений.
«Наша работа предлагает метод достаточно быстрой реконструкции влияния пожаров на экосистемы. Соответственно, его могут применять и другие научные группы», – заключил ученый.
В дальнейшем экологи планируют изучать реакцию древесной растительности на изменение климата. Также исследователей интересуют другие вопросы, связанные с применением метода древесных колец: особенности роста деревьев в зависимости от места произрастания с широким территориальным охватом от Европы до Якутии и Чукотки, реконструкция климата, его влияние на рост деревьев и так далее.
Работа выполнена совместно с учеными Кембриджского университета.
