Пожары и круговорот углерода в бореальных лесах
Наземные экосистемы, обнаруженные в бореальных (или таежных ) регионах Северной Америки и Евразии, покрывают 17% поверхности суши Земли и содержат более 30% всего углерода, присутствующего в наземном биоме. [1] С точки зрения хранения углерода бореальный регион состоит из трех экосистем: бореального леса , торфяника и тундры . Обширные территории земного шара вносят значительный вклад в выбросы углерода в атмосферу из-за повышения температуры и опасности пожара. В высоких северных широтах потепление будет наблюдаться наиболее значительно на планете в результате увеличения количества парниковых газов в атмосфере, что поставит под угрозу сток углерода в этих районах. В дополнение к выбросу углерода в результате таяния вечной мерзлоты, лесные пожары высокой интенсивности станут более распространенными и, таким образом, будут способствовать выбросу накопленного углерода. Это означает, что бореальный лес и его пожарный режим становятся все более значимым фактором в определении глобального баланса углерода .
Бореальные леса также являются важным экономическим фактором в России и Канаде, а неопределенность характера пожаров в будущем в результате изменения климата является важным фактором в планах управления лесами. Сокращение разрешенных заготовок древесины может стать решением проблемы долгосрочной неопределенности циклов пожаров. [2]
Круговорот углерода в бореальных лесах
[ редактировать ]| Часть серии о |
| Углеродный цикл |
|---|
 |
Хотя умеренные и тропические леса в общей сложности занимают в два раза больше площади, чем бореальные леса, бореальный лес содержит на 20% больше углерода, чем два других вместе взятых. [1] Бореальные леса подвержены глобальному потеплению, поскольку на обратную связь между льдом и снегом и альбедо существенно влияет температура поверхности, поэтому вызванные пожаром изменения в альбедо поверхности и инфракрасном излучении более значительны, чем в тропиках. [3]
Бореальные лесные пожары в значительной степени способствуют наличию парниковых газов в атмосфере. Крупные бореальные пожары производят достаточно энергии для образования конвективных столбов дыма, которые могут прорываться в тропосферу и иногда проникать через тропопаузу. Кроме того, низкая температура в бореальных регионах приводит к низкому уровню водяного пара. Этот низкий уровень водяного пара в сочетании с низким уровнем солнечной радиации приводит к очень низкому фотохимическому производству радикала OH , который является химическим веществом, которое контролирует время жизни большинства тропосферных газов в атмосфере. Следовательно, выбросы парниковых газов при пожарах в бореальных лесах будут иметь продолжительное время существования в лесу. [3]
Пожарный режим
[ редактировать ]Пожарный режим бореальных лесов Канады и России различен. В России климат более сухой, и большинство пожаров вызвано деятельностью человека. Это означает, что пожары меньшей интенсивности случаются чаще, чем в Канаде, и что большая часть выбросов углекислого газа в результате пожаров приходится на Россию. [ нужна ссылка ] Лесохозяйственная практика в России предполагает использование тяжелой техники и масштабные вырубки, что приводит к изменению топливных комплексов. Сообщается, что эта практика приводит к тому, что территории превращаются в травяные степи, а не восстанавливаются в новые леса. Это может привести к сокращению интервалов повторного возгорания. Промышленная практика в России также создает дополнительную пожарную опасность (серьезный ущерб в Российской Федерации нанесен примерно на 9 млн га). Радиоактивное загрязнение на площади около 7 млн га создает пожарную опасность, поскольку огонь может перераспределять радионуклиды. [4]
Большинство бореальных лесных пожаров в Канаде возникают из-за молнии. Следовательно, в Канаде в среднем меньше пожаров, но гораздо более высокая частота верховых пожаров высокой интенсивности, чем в России: уровень верховых пожаров составляет 57% в Канаде по сравнению с 6% в России. [5] Естественная ротация пожаров в бореальных лесах Канады и Аляски составляет от одного до нескольких столетий.
Торфяник и тундра
[ редактировать ]
Огонь косвенно играет роль в обмене углерода между земной поверхностью и атмосферой, регулируя почвенно-влажностный режим, в том числе сукцессию растений, фотосинтез и почвенные микробные процессы. Почва в бореальных регионах является значительным глобальным поглотителем углерода; Почва бореальных лесов содержит 200 Гт углерода, а бореальные торфяники — 400 Гт углерода. Самые северные регионы вечной мерзлоты содержат 10 355 ± 150 пг органического углерода почвы (SOC) в верхних слоях 0–3 м, и 21% этого углерода находится в пуле органического слоя почвы (SOL), обнаруженном в верхних 30 см слоя земли. [7]
Глубина слоя органической почвы является одним из факторов контроля вечной мерзлоты, что приводит к обобщению двух областей бореального леса: толстого слоя почвы и тонкого слоя почвы. Толстая органическая почва изолирует недра от более теплых летних температур и способствует развитию вечной мерзлоты. Хотя вечная мерзлота сохраняет почву влажной зимой, в летние месяцы верхние органические горизонты почвы высыхают. По мере повышения средних температур вечная мерзлота тает быстрее и, соответственно, увеличивается продолжительность пожароопасного сезона. Когда безпожарный интервал (FFI) уменьшается, потеря SOL может привести к изменению домена на тонкий слой почвы, что приведет к меньшему накоплению углерода в почве, большей уязвимости к пожарам и уменьшению вечной мерзлоты. В черных еловых лесах снижение FFI может нарушить траектории сукцессии, открыв путь для вторжения лиственных деревьев и кустарников, что также еще больше увеличивает уязвимость к пожарам. [7]
Данные о хранении углерода в регионе вечной мерзлоты , а также о пожарной активности в бореальных лесах скудны, что является серьезным препятствием для определения точного баланса углерода. Экспертная оценка показывает, что к 2100 году регион вечной мерзлоты станет чистым источником углерода. [8]
Повышение температуры лесной подстилки на 5–10 градусов после пожара значительно увеличит скорость разложения в течение многих лет после пожара, что временно превращает почву в локальный чистый источник углерода (а не в его сток). [1]
Пожар усиливает биогенные выбросы NO и N20 из почвы. [3]
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ Jump up to: а б с Касишке, Эрик С. (2000). «Бореальные экосистемы в глобальном углеродном цикле». Пожары, изменение климата и круговорот углерода в бореальных лесах . Экологические исследования. Том. 138. стр. 19–30. дои : 10.1007/978-0-387-21629-4_2 . ISBN 978-1-4684-9532-4 .
- ^ Дэниел, Колин Дж.; Тер-Микаэлян, Майкл Т.; Уоттон, Майк Б.; Рэйфилд, Бронвин; Фортен, Мари-Жозе (2017). «Учет неопределенности в планировании управления лесами: заготовка древесины, лесные пожары и изменение климата в бореальных лесах» . Лесная экология и управление . 400 . Эльзевир Б.В.: 542–554. дои : 10.1016/j.foreco.2017.06.039 .
- ^ Jump up to: а б с Левин, Джоэл С.; Кофер III, Уэсли Р. (2000). «Выбросы бореальных лесных пожаров и химия атмосферы». Экологические исследования . 138 : 44–45.
- ^ Гольдаммер, Иоганн Г.; Стокс, Брайан Дж. (2000). «Евразийская перспектива пожаров: измерение, управление, политика и научные требования». Экологические исследования . 138 :53.
- ^ де Гроот, Уильям Дж.; Кантин, Алан С.; Фланниган, Майкл Д.; Соджа, Эмбер Дж.; Гоуман, Линн М.; Ньюбери, Элисон (15 апреля 2013 г.). «Сравнение режимов лесных пожаров в бореальных лесах Канады и России». Лесная экология и управление . Мегаогненная реальность. 294 (Приложение С): 23–34. дои : 10.1016/j.foreco.2012.07.033 .
- ^ «Анализ температуры поверхности GISS (v4)» . НАСА . Проверено 12 января 2024 г.
- ^ Jump up to: а б Хой, Элизабет Э.; Турецкий, Мерритт Р.; Касишке, Эрик С. (2016). «Более частые пожары повышают уязвимость бореальных лесов черной ели Аляски» . Письма об экологических исследованиях . 11 (9): 095001. Бибкод : 2016ERL....11i5001H . дои : 10.1088/1748-9326/11/9/095001 . ISSN 1748-9326 .
- ^ Эбботт, Бенджамин В.; Джонс, Джереми Б.; Шур, Эдвард А.Г.; III, Ф. Стюарт Чапин; Боуден, Уильям Б.; Брет-Харт, М. Синдония; Эпштейн, Ховард Э.; Фланниган, Майкл Д.; Хармс, Тамара К. (2016). «Биомасса практически не компенсирует выбросы углерода вечной мерзлотой из почв, ручьев и лесных пожаров: экспертная оценка» . Письма об экологических исследованиях . 11 (3): 034014. Бибкод : 2016ERL....11c4014A . дои : 10.1088/1748-9326/11/3/034014 . hdl : 1912/8229 . ISSN 1748-9326 .