Международный коллектив ученых 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 растворенных веществ будет попадать в Северный Ледовитый океан на фоне глобального потепления. Результаты исследования опубликованы в журнале CATENA.

Лесные пожары становятся все более серьезной 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.

Ученые Красноярского научного центра СО РАН совместно с коллегами из ФИЦ комплексного изучения Арктики им. академика Н.П. Лаверова УрО РАН и специалистами 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. Нитраты максимальны в первое десятилетие, а затем снижаются по мере восстановления растительности. Концентрации нитратов могут отражать темпы восстановления наземной растительности в сгоревшем лесу. Таким образом, главные анионы, образующиеся после пожаров, могут служить надежными индикаторами интенсивности пожара и времени, прошедшего с момента возгорания.

«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. Поскольку изменение климата увеличивает частоту и интенсивность пожаров, а также глубину протаивания мерзлоты, вынос неорганических растворенных 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 Ирина Токарева, кандидат биологических наук, научный сотрудник Института леса им. В.Н. Сукачева СО РАН

В то же время 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.