После пожара вечная мерзлота восстанавливается сто лет

Годовые кольца деревьев помогли узнать, что происходит с вечной мерзлотой после пожара.

Зона многолетней мерзлоты занимает около четверти наземной территории северного полушария. В разрезе мерзлота похожа на многослойный торт. В глубине, у основания торта – несколько сотен метров многолетнемерзлой породы. У поверхности – слой замороженной почвы, поверх которого лежит активный, ежегодно оттаивающий почвенный слой и мох. Украшение всей конструкции, что-то вроде вишенки на торте, это деревья. Наиболее распространенный вид деревьев в зоне вечной мерзлоты – лиственница.

Для роста и развития в местных широтах есть короткий промежуток времени с конца мая по начало сентября. Жизнь здесь зависит от многих факторов, и один из важных – пожары. Известно, что в южной части пояса вечной мерзлоты большие пожары случаются каждые 70–80 лет. Чем ближе к северной границе произрастания деревьев, тем они реже. (Хотя по прогнозам, изменение климата приведет к увеличению числа пожаров.)

После пожара мерзлота, лишенная защитного слоя лесной растительности, оттаивает глубже. С восстановлением экосистемы глубина активного слоя уменьшается. Однако до недавнего времени о том, как быстро восстанавливается мерзлота и что именно при этом происходит, было известно не очень много.

Исследователи из Красноярского научного центра Сибирского отделения Российской академии наук вместе с коллегами из Великобритании, Швейцарии и Чехии разработали оригинальный подход для реконструкции того, что происходит после пожара с лесными экосистемами в зоне сплошного распространения многолетней мерзлоты. Для этого решили использовать годичные кольца из подземной части лиственниц.

После пожара семена лиственниц начинают прорастать прямо на поверхности почвы. Один из основных компонентов экосистемы, мох, как и деревья, растет вверх. Постепенно ствол дерева зарастает слоями мха, погружается в зону низких температур и перестаёт расти. Если раскопать образовавшийся за десятки лет мох и посмотреть на годичные кольца дерева на разной глубине, можно определить, с какой скоростью шло восстановление мерзлоты.

Например, на участке, который полностью выгорел более ста лет назад, в 1899 году, мох вырос почти на полметра, погребая в себе нижнюю часть стволов – деревья с этого участка помогли создать измерительную шкалу. Исследователи измеряли толщину годичных колец у дерева на разной глубине и температуру почвы на разной глубине, оценивая толщину активного слоя почвы в местах недавних пожаров.

В результате удалось восстановить последовательность событий, которые происходят в тундре после пожара. В течение первых 10 лет всходит около половины деревьев, которые будут расти на новом месте; а почва, пока лишенная защиты в виде мха и растений, ежегодно оттаивает на 1,5–2 метра. Такие условия благоприятствуют бурному росту деревьев и появлению свежего покрова изо мха.

Одновременно экосистема благодаря бактериям активно выделяет углерод. Этот период длится около 20-30 лет. Дальше, когда весь слой почвы покрывается мхом, глубина оттаивания резко уменьшается. Деревья и мох продолжают расти, и образовавшееся органическое вещество начинает накапливаться. В результате нарастает прежний слой замороженного торфа. Весь процесс восстановления длится чуть больше ста лет. Полностью результаты работы опубликованы в Science of the Total Environment.

Долгосрочная цель исследователей – с использованием такого замечательного архива, как древесные кольца, попытаться выявить особенности произрастания хвойных в северных лесах и в лесостепях Евразии, и понять, как деревья реагируют на изменения среды, в том числе и на климатические изменения. 

 По материалам пресс-службы Федерального исследовательского центра «Красноярский научный центр Сибирского отделения Российской Академии наук»