Сегодня - 06.07.2020

Когда лес становится источником углерода

16 января 2013

Пока на дворе минусовая температура, а деревья надежно завалены снегом, самое время подвести итоги летнего огнеопасного сезона. Ни для кого не секрет, что в результате пожаров происходит выброс большого количества вредных веществ, производных углерода, азота, серы и даже ртути.  Чтобы уточнить, как именно лес реагирует на пожар и чем ему можно помочь после, ученым иногда приходится самим выступать в качестве поджигателей.

Елена КукавскаяОб оценке воздействия пожаров на компоненты лесных экосистем и эмиссии углерода в Сибири рассказала научный сотрудник лаборатории лесной пирологии Института леса им. В. Н. Сукачёва (Красноярск) кандидат биологических наук Елена Александровна Кукавская, получившая в 2012 году премию Сибирского отделения РАН имени академика А.Б. Жукова.

- Как именно пожары влияют на компоненты лесных экосистем?

- Они воздействуют на все компоненты лесных экосистем (древостой, подрост, подлесок, напочвенный покров, почва, микроорганизмы, животный мир и т.д.), а также - на азотный и углеродный циклы. Можно говорить о прямом ущербе от огня, то есть когда погибают или повреждаются насаждения, лесная фауна, изменяется качество атмосферы, и косвенном, куда входит ухудшение свойств почвы, снижение водорегулирующей роли лесов, заболачивание, изменение соотношения лесных формаций, образование пустырей. Кроме того, во время и после пожара экосистема становится не поглотителем, а источником углерода для воздушной оболочки Земли. Период восстановления до нормального состояния зависит в значительной степени от интенсивности пирогенного воздействия и степени нарушенности экосистемы, он может составлять от 40 и более лет.

- Различается ли вред,который огонь приносит деревьям, почве,животным и так далее?

- Наибольшее влияние пожары оказывают на напочвенный покров, по которому они распространяются. Период восстановления мохово-лишайникового покрова может занимать 30-60 лет, а подстилки в северотаежных лесах – и до 120-190 лет. Из-за воздействия огня изменяются и свойства лесной подстилки: ее состав, качество и период формирования, а высокоинтенсивные пожары существенно снижают плотность и разнообразие почвенных микроорганизмов и беспозвоночных. При низовых пожарах, которые преобладают на территории России, деревья, как правило, выживают, но если горение будет устойчивым, то из-за длительного воздействия теплового потока на кроны и стволы, они могут погибнуть. Кроме того, после пожара ослабленное растение могут атаковать энтомовредители, что тоже приведет к его гибели.

- Насколько в действительности из-за пожара может увеличиться содержание углерода и его производных в воздухе? Какие еще вредные вещества, кроме угарного газа, образуются в результате действия огня?

Вывал древостоя после пожара на торфяных почвах Емельяновского лесничество Красноярского края (август, 2012 г.)- Высвобождается большое количество газовой и аэрозольной эмиссии, которое влияет на химический состав атмосферы и климат Земли. Площадь, пройденная огнем, на территории России ежегодно составляет от 2 до 20 млн. га. Оценки ежегодной эмиссии углерода при пожарах на территории России по разным источникам составляют от 4-35 до 500 млн. тонн, что сопоставимо с промышленными выбросами. Объем и состав эмиссии варьируют в зависимости от типа растительности, запаса горючих материалов и метеорологических условий, которые обуславливают поведение пожара. При пламенном горении (когда в основном сгорают сухая хвоя, листва, мелкие веточки), углерод, водород, азот и сера окисляются до CO2, H2O, NOx и SO2. Кроме того, образуется значительное количество твердых частиц углерода. Беспламенное горение, иначе - тление (при сгорании крупных ветвей и валежа, а также при заглублении огня в подстилку или слой торфа) - характеризуется выделением большого количества CO, CH4, углеводородов, не содержащих метан, и органических аэрозолей. В случае с сырой растительностью лишь небольшая часть уничтожаемого огнем материала окисляется полностью, остальное попадает в атмосферу в виде летучих органических соединений или в составе твердых частиц. В дымовых газах исследователями идентифицировано более 50 легколетучих соединений С1-С8. Кроме того, конденсаты этих газов содержат большое число производных фенола и полиядерные ароматические углеводороды. Наряду с ними, при пожарах в больших количествах продуцируются относительно устойчивые соединения, оказывающие влияние в глобальных масштабах. Это относится, прежде всего, к эмиссии метана и хлористого метила.


Наибольшая доля в углеродосодержащих газовых эмиссиях приходится на СО и СО2 (до 98%), остальные газы составляют менее 2 – 5%.


Пожары в Приангарье в 2011 г. (фото А.В. Привалихин)Было обнаружено, что при горении на торфяных землях и болотах, выделяется не только метан, усиливающий парниковый эффект, но высвобождается и значительное количество ртути. В последнее время все большее внимание ученых и общественности привлечено к так называемому «черному углероду» (black carbon), который представляет собой твердые частицы, в основном состоящие из чистого углерода. Его негативное влияние заключается в поглощении солнечной  радиации и снижении отражающей способности снега и льда (альбедо), которое приводит к сокращению снежного и ледового покрова в Арктике. По эмиссии «черного углерода» от пожаров Россия занимает одно из лидирующих мест среди других стран.

- Как вы проводили ваше исследование по оценке эмиссии углерода? Какие параметры учитывали?

- Оценка воздействия пожаров на компоненты лесных экосистем и эмиссии углерода проводилась на двух уровнях. Первый -  наземные полевые исследования в различных лесных районах Сибири, которые характеризуются повышенной степенью горимости. Второй уровень – вся территория региона, с помощью данных спутниковых систем. Наиболее точные оценки сгорающего вещества, а, следовательно, и выход углерода, а также влияния пожаров на отдельные компоненты лесной экосистемы могут быть получены при проведении экспериментов по моделированию возгорания и измерении до- и послепожарного состояния экосистемы. Однако проведение подобных исследований достаточно трудоемко, связано с большим количеством технических проблем и высокими финансовыми затратами. Значительная часть экспериментов проводилась на территории Канады и США. В России в период с 2000 по 2007 гг. в рамках российско-американско-канадского проекта, руководителем которого являлась доктор Сьюзан Конард, а с российской стороны – доктор Галина Иванова, была проведена уникальная серия крупномасштабных (1-4 га) экспериментов, в которых я принимала непосредственное участие.  Моделировалось поведение пожара близкого к естественному распространению огня в лесу.  При этом определялись его характеристики (скорость распространения огня, интенсивность горения на кромке пожара, его связь с метеорологическими показателями, и т.д.) и состояние отдельных компонентов насаждения (лесоводственно-таксационная характеристика древостоя и подроста, надземная биомасса, характеристика и запасы горючих материалов, описание видового состава напочвенного покрова, и т.д.) до пирогенного воздействия, сразу после пожара и каждый последующий год. К настоящему моменту за более чем 10-летний период исследований накоплен большой объем статистических данных по влиянию пожаров разной интенсивности в лесах Сибири различных типов. Получены зависимости поведения огня и выхода углерода от метеорологических условий и интенсивности горения. Мы планируем продолжить мониторинг экспериментальных участков: в текущем году измерения будут проводиться на  острове рядом с поселком Ярцево (Енисейский район Красноярского края), на котором нами были проведены первые контролируемые выжигания.

- А данные спутниковых систем по пожарам?

- Конечно, они тоже учитываются, так как корректная оценка эмиссии углерода в масштабах отдельных регионов невозможна без точного определения площадей, пройденных огнем. Это не только база данных по пожарам, полученная сотрудниками нашего института, но и другие доступные продукты, например, MOD14/MYD14 по тепловым аномалиям, MCD45A1 и MCD64A1 по площадям пожаров, полученные нашими зарубежными коллегами, а также база данных пожаров для территории Северной Евразии по данным Лаборатории исследований пожаров Лесной службы США.


В 2010 году Елена Кукавская выиграла грант программы Фулбрайт Института международного образования и проводила исследования в Национальном институте аэронавтики и Исследовательском центре им. Лэнгли НАСА (Хэмптон, США), где прошла  обучение современным методологиям работы с данными спутниковых систем для мониторинга пожаров растительности и оценки эмиссии углерода.


Проведение эксперимента по моделирование поведения пожара в смешанном насаждении Невонского лесничества Красноярского края- Как можно нейтрализовать это влияние, если пожар уже произошел?

- При низовом пожаре, когда деревья выживают, нет необходимости проводить какие-либо мероприятия по нейтрализации негативного влияния. Наоборот, зачастую имеется положительный эффект - снижается пожароопасность территории, стимулируется возобновление пород. В случае гибели деревьев рекомендуется изъятие древесины, ее можно использовать для нужд местного населения, что также уменьшает возможность появления очагов энтомовредителей.  Если естественное возобновление леса затруднено, необходимо ему содействовать (например, минерализовать почвы) или  сеять и высаживать деревья (как правило, при отсутствии семенников на больших площадях, пройденных огнем).

- Могут ли данные исследования использоваться для восстановления лесных экосистем, предотвращения вреда от пожаров?

Корректные оценки эмиссии углерода при пожарах и воздействия пирогенного фактора на лесные экосистемы Сибири могут быть использованы для разработки стратегий пожароуправления и рационального лесопользования. Актуальность таких исследований постоянно возрастает: в будущем прогнозируются увеличение горимости из-за изменений климата и все большее воздействие пожаров на состояние лесных экосистем, качество атмосферы и здоровье людей.
    
Подготовила Юлия Позднякова

Иллюстрации предоставлены Еленой Кукавской
 

Ваша оценка: Нет Средняя: 5 (8 votes)
Поделись с друзьями: 

Система Orphus