Старожилы, которые помнят: годичные кольца рассказывают об истории лесных пожаров

Международный коллектив ученых в связи с климатическими изменениями занимается изучением истории и динамики пожаров в бореальных лесах. Дендрохронологические исследования показали, что огонь был основным фактором развития лесных экосистем.  Это важно учитывать при разработке стратегий по защите лесов от пожаров и сохранению биоразнообразия.

Дендрохронологические данные позволяют изучить режим пожаров бореальных ландшафтов и проанализировать их свойства, включая сезонность пожара, цикл пожара и интервал возгорания. Информация о происхождении динамики пожара требует восстановления или реконструкции его исторического прошлого в контексте развития лесных экосистем. Такие сведения расширяют понимание эволюционных процессов и характеризуются точностью и достоверностью. Поскольку существуют различия в характере и динамике пожарных режимов между северным и южным бореальными лесами. Количественные оценки пожара позволяют построить циклические и сезонные модели лесных пожаров и сделать вывод о воздействии человека и климата на режимы огня.

Российские и зарубежные учёные изучают особенности пожарной динамики в бореальных лесах и роль климата в формировании региональной пожарной активности Северной Европы. При Институте леса Федерального исследовательского центра "Карельский научный центр РАН" (г. Петрозаводск) действует дендрохронологическая лаборатория, являющаяся частью международной сети, в которой участвуют исследователи из России, Канады, Швеции, Франции. Первый шаг к сотрудничеству был предпринят в 2014 году, когда состоялась совместная экспедиция в национальный парк «Калевальский» (Республика Карелия). Группа собирала данные динамики пожаров на протяжении голоцена.  Нынешняя работа лаборатории полностью посвящена вопросам изучения и истории лесных пожаров, в ходе которой исследуются годичные кольца и повреждения камбиальной ткани. Лаборатория также использует палеохронологические данные, а именно – реконструкции, основанные на анализе углей в озерных отложениях.

Институт леса КарНЦ РАН совместно с коллегами из Института биологии Коми научного центра УрО РАН, Института экологии растений и животных УрО РАН, Сибирского института физиологии и биохимии растений СО РАН, Института биологических проблем криолитозоны СО РАН, а также дендрохронологической лаборатории Шведского сельскохозяйственного института проводят реконструкцию истории лесных пожаров на территории России. Сейчас научная команда специалистов проводит обобщение данных по таежной зоне России и пытается определить связь между климатом и пожарной активностью. 

Исследования лаборатории поддержаны в рамках проекта по гранту РФФИ «Динамика пожарной активности в таежных лесах на Северо-Западе России: дендрохронологический анализ и моделирование пожаров при изменениях климата» (с 2020 по 2023 гг.). Руководитель работ – Игорь Дробышев, ответственные исполнители – аспирант и младший научный сотрудник лаборатории динамики и продуктивности таежных лесов Института леса КарНЦ РАН Нина Рыжкова и к. б.н.,  научный сотрудник Центра по проблемам экологии и продуктивности лесов РАН (г. Москва) Алексей Алейников. Полевые экспедиции пройдут в пределах европейской части России: национальный парк «Калевальский», Печоро-Илычский биосферный заповедник, Онежское Поморье, заповедник «Пасвик» Мурманской области, а также на территории «Вепсский лес». Ранее работы международной группы были поддержаны такими авторитетными научными фондами, как Belmont Forum, Nordic Council of Ministers и Swedish Research Council.

Одним из руководителей международной научной группы является Игорь Дробышев – доктор биологических наук, лидер исследований и фактический организатор дендрохронологической лаборатории в Институте леса Карельского научного центра РАН, доцент дендрохронологической лаборатории Шведского сельскохозяйственного института (Алнарп). Он рассказал об изучении динамики пожаров, а также о том, как климат влияет на пожары и какова их роль в эволюции экосистем.

«Важность изучения лесных пожаров определяется несколькими обстоятельствами.   В первую очередь, пожар – это фактор естественной динамики лесов. Динамика пожаров в значительной степени определяет возобновление лесов и биохимические циклы в лесных экосистемах, оборот веществ, благодаря которому лес растет. Пожары создают эволюционный экологический контекст, в котором развиваются виды. Пожары свойственны любой экосистеме, где есть горючее, однако их интенсивность, частота и размеры варьируют. Бореальные (таежные) леса особенно подвержены пожарам, так как они находятся в том климате, который летом достаточно сухой. Они продуцируют большое количество материала, который хорошо горит, и находятся под воздействием тех относительно «сухих» воздушных масс, которые благоприятствуют возникновению пожаров.  То есть для пожаров нужны 3 предпосылки: горючее, условия, когда горючее может поддерживать горение, и источник возгорания.

Игорь Дробышев пояснил, какое значение имеет изучение динамики пожаров в бореальных лесах.

Пожары – один из процессов, которые приводят к выбросу СО₂ и аэрозолей в атмосферу. И аэрозоли, и углерод влияют на температурный баланс. В случае аэрозолей меняется отражательная способность атмосферы, и фактически земля получает меньше солнечной энергии. Например, во время мощных извержений вулканов в год извержения и в последующий год наблюдается маленький прирост и негативная аномалия роста растений. Часто влияние климата происходит опосредованно, например, через изменение частоты и интенсивности пожаров.  В моделях мы видим, что такие опосредованные (не прямые) эффекты являются, в своем роде, катализатором климатически обусловленных изменений в жизни лесных экосистем».

В чем состоит специфика региона Карелии для исследования бореальных лесов, в частности, для изучения пожарной активности?

«Особенность карельских лесов в том, что здесь много хвойных пород, которые в целом благоприятствуют пожарной активности. В то же время, в Карелии сохранилось много старых лесов, как на охраняемых территориях, так и за их пределами. Старые леса – важный источник материала для дендрохронологических исследований. В таких лесах наши хронологии охватывают, как правило, последние 400-700 лет и имеют сезонное разрешение. Длина хронологии определяется, прежде всего, наличием мёртвой древесины, так как возраст живых деревьев не превышает, как правило, 200 лет. В перспективе, это даст нам возможность восстановить историю пожаров на значительной части территории Республики Карелия. Большой интерес будет представлять анализ этих данных совместно с данными по заселению региона, его культурному и экономическому развитию», – отмечает ученый.

Говоря о причине лесных пожаров, Игорь Дробышев обращает внимание, что «пожары – это, прежде всего, естественный процесс.  Хотя причиной большинства пожаров в современных лесах является антропогенный фактор, существуют естественные источники возгорания, например сухие грозы. Важно иметь в виду, что для того чтобы огонь распространился на большую территорию,   нужен ряд условий. Прежде всего, сухое горючее на значительной части лесного ландшафта и сухая ветреная погода. Оба фактора определяются климатом и погодными условиями, на которые человек не оказывает прямого воздействия.

В Канаде 3 % пожаров ответственны за 95-97% пройденных огнем территорий. Эти пожары возникают благодаря погодным условиям, которые высушили «лесное горючее» на значительных территориях. Подход к тушению пожаров должен быть основан на анализе эффективности, доступности ресурсов для тушения и рисков для пожарников. Во всей таежной зоне тушение больших пожаров отличает низкая эффективность и большие риски для жизни людей, занимающихся их тушением. В Канаде, например, много пожаров не тушится вообще, так как они распространяются по территориям, где нет ни поселений, ни инфраструктуры. Самый большой пожар в современной Швеции, распространившийся в муниципалитете Сала в 2014 году, был потушен только после того, как на смену сухой и ветреной погоде пришли дожди».

Чтобы понять, какие факторы определяют динамику роста бореальных лесов, специалисты занимаются дендрохронологической реконструкцией пожарного режима. Игорь Дробышев разъясняет, как собираются данные для таких реконструкций:

«В каждом из районов исследований мы создаем сеть участков, покрывающую территории размером в несколько сотен квадратных километров. На участках, размер которых составляет от одного до нескольких гектаров, мы ищем деревья, которые пережили пожары и «записали» их в виде пожарных подсушин. Подавляющее большинство наших образцов – это мёртвая древесина: пни, колоды и сушины. Мёртвая древесина позволяет нам уходить с нашими реконструкциями в глубину веков. В большинстве исследованных регионов мы реконструируем пожары на протяжении последних 500 лет. Реконструкции дают информацию о размере пожаров, их сезонности, а также площади, которая сгорела в разные периоды. Узнать непосредственную причину каждого пожара невозможно, однако совместный анализ пожарной хронологии с реконструкциями климата, позволяет достаточно точно оценить роль погодных условий в их возникновении. Понимание того, как совместное влияние климата и человеческой деятельности формирует пожарный режим, исключительно важно для прогнозирования пожаров в будущем. Модели, основанные на исторических данных, позволяют нам откалибровать влияние обоих факторов и проанализировать разные сценарии развития ландшафта – как в плане климата, так при разных режимах лесопользования».

Как подчеркивает ученый, «климат меняется, но эти изменения варьируют от региона к региону. Во многих из них мы прогнозируем усиление пожарной активности, что, скорее всего, еще больше уменьшит наши возможности в плане тушения пожаров. Изменение структуры лесов, например, увеличение доли лиственных пород в древостоях, может быть одной из наиболее экономически и экологически оправданных стратегий».

В ходе исследований, проведенных группой Дробышева, была выдвинута гипотеза о существовании связи между климатом, состоянием Северо-Атлантического океана и динамикой лесных пожаров в лесах Северной Скандинавии.

Как холодный климат способствует пожарной активности?

По словам Дробышева, «похолодание Северной Атлантики уменьшает западный перенос, т.е. интенсивность переноса влажного воздуха к Скандинавскому полуострову из Атлантики. Он, в свою очередь, смещается в более южные регионы Европы, и на севере, в результате этого начинают доминировать сухие массы арктического происхождения, формируя зоны высокого атмосферного давления. В результате, в лесах Скандинавии устанавливается сухая погода, благоприятствующая пожарам. Интересно, что корреляция между пожарной активностью и температурой воды Северной Атлантики наблюдается уже ранней весной, в марте и апреле, т. е. до начала сезона пожаров. Эта закономерность прослеживается как на уровне отдельных сезонов, так и на уровне десятилетий и столетий. Насколько данные закономерности определяют пожарную активность Карелии еще не известно».

Каковы главные результаты дендрохронологических исследований лесных экосистем Республики Карелия?

«Главный результат может звучать парадоксально. В лесах Северной Европы  пожарная активность была значительно выше в прошлом, чем сейчас. Это связано как с климатом, который был более благоприятным для пожаров, так и с исчезновением практики использования огня в лесном хозяйстве. В первую очередь, это относится к подсечному земледелию и углежжению – обе практики  приводили к пожарам. Сегодня в североевропейских лесах мало пожаров, хотя климат движется в сторону большей сухости и пожарная активность будет расти. В силу важности пожаров для поддержания лесных экосистем лесные службы многих стран проводят контролируемые, преимущественно низовые, пожары. Такая практика распространена, например, в Швеции, где лесные компании должны проводить пожары на определенной доли территории, находящейся под их управлением. Охрана леса от пожара имеет как положительные, так и отрицательные стороны. К последним относятся чрезмерное накопление «лесного горючего», исчезновение видов, возобновляющихся на гарях и, как результат, смена пород в древостое. Требуется более гибкий и экологически обоснованный подход к проблеме лесных пожаров. В частности, стратегии, допускающие беглые низовые пожары, особенно в природных охраняемых территориях, могут рассматриваться как одна из альтернатив, которая уменьшит вероятность возникновения больших неконтролируемых пожаров», – размышляет Игорь Дробышев.