Хвойные леса сохраняют вечную мерзлоту даже в условиях глобального потепления

06.07.2022



Почти в половине точек наблюдения потепление климата не может вызвать деградацию многолетнемерзлых грунтов под хвойными деревьями. Более того, хвойная растительность способна формировать многолетнюю мерзлоту там, где ее не было. Об этом говорит исследование ученых Института мерзлотоведения им. П. И. Мельникова Сибирского отделения Российской академии наук (ИМЗ СО РАН).

За последние 30 лет собрано достаточно данных, подтверждающих потепление климата на Земле в целом и доказывающих повышение температуры воздуха и грунта в конкретных местностях. Однако существуют территории, где температуры грунта на глубине не меняются и даже продолжают снижаться.

Известно, что одним из факторов, который влияет на формирование многолетней мерзлоты, является растительность. Ее влияние на температурный режим мерзлых грунтов отмечалось в исследованиях с начала ХХ в. При прочих равных условиях под любым растительным покровом температура почвы летом оказывалась ниже, а глубина протаивания меньше, чем на участках, где растительность отсутствует. Но особенно сильно этот эффект проявлялся под хвойной растительностью. Более того, отмечалась возможность формирования под сомкнутым еловым лесом многолетней мерзлоты там, где ее ранее не было.

Сомкнутый полог из темнохвойных пород (ель, пихта, сосна сибирская кедровая), а также накопление подстилки, состоящей в основном из опада хвои мощностью 3–5 см, замедляют прогревание почвы. Сезоннопромерзающие слои летом полностью не протаивают, а впоследствии грунты переходят в многолетнее мерзлое состояние. При этом вечнозеленые кроны также задерживают снег на ветвях, уменьшая снежный покров на земле, что увеличивает теплопотери от земли зимой, таким образом защищая многолетнемерзлую толщу.

Ранее исследованиями ИМЗ СО РАН было установлено, что в зависимости от типа леса и сомкнутости крон древесный покров может способствовать понижению температуры поверхности грунтов в среднем за теплый сезон на 2–3 °С (в редкостойном сосновом лесу) или на 4 °С (в сомкнутом лиственничнике) по сравнению с открытым участком. Любопытно, что подобный эффект наблюдался не только в природной среде. Например, в случае значительных (более двух лет) перерывов в строительстве на территориях, где среднегодовая температура ниже 0 °С, под возведенным, но не сданным в эксплуатацию зданием формировались зоны мерзлых грунтов.

Исходя из вышесказанного, специалистами давно выдвигалось предположение об особо благоприятной роли хвойных лесов для сохранения мерзлоты, однако этот вывод требовал подтверждения на основании статистических данных. Именно в этом и состояла цель исследования сибирских ученых.

Для решения этой задачи ими была использована база данных Сети глобального мониторинга криолитозоны (Global terrestrial Network on Permafrost), международной программы по наблюдению за параметрами многолетней мерзлоты, которую пополняют сотни ученых и десятки институтов по всему миру.

В этой базе содержатся данные о температуре мерзлых грунтов на глубинах от 14 до 30 м, которые собраны по результатам измерений в 1380 скважинах. Из них были отобраны 54 скважины, отвечающие целям исследования (отрицательные температуры грунта, замеры примерно в одно и то же время, то есть в течение последних 20 лет, высота не более 2000 м над уровнем моря, период наблюдения не менее трех лет).

Территориально выбранные скважины находятся в России, США, Канаде, Швейцарии, Норвегии и Исландии. Все они расположены в зоне многолетнемерзлых пород. Местоположения выбранных для анализа скважин в России и на Аляске показаны на рис. 1.

(jpg, 83 Kб)

Рис. 1. Местоположение скважин на территории России (а) и Аляски (б), выбранных по заданным критериям для анализа.

Так как в некоторых скважинах было более одной точки наблюдения на разных глубинах, то всего для анализа оказались доступны 102 точки. Из них к типу растительного покрова «тундра» относилось 35 точек, «хвойные леса» – 28, «лесная тундра» – 18, «поверхность без растительности» – 11, «кустарниковая тундра» – 5, «поверхность с травяным покровом» – 5.

(jpg, 207 Kб)

Рис. 2. Процент распределения точек наблюдения с положительной, отрицательной и нулевой динамикой изменения температуры грунта в скважинах для различных видов растительности. На графике в конце даны средние проценты распределения точек по динамике изменения температуры грунтов.

Из диаграмм на рис. 2 видно, что растительность «тундры», «лесной тундры», «кустарниковой тундры», а также мест, где «нет растительности», имеет примерно одинаковый процент точек, в которых происходит рост температуры грунтов – 72–82 %. А вот для «хвойных лесов» рост температур грунта наблюдается лишь в 57 % точек. Таким образом, почти на половине (43 %) территорий, где произрастают хвойные леса, не происходит повышение температуры грунтов.

Для выяснения причин, почему именно в этих 47 % точек не происходит повышения температуры, нужны дополнительные исследования. Однако можно сказать, что это распределение не связано с тем, севернее или южнее расположена скважина. Анализ показал, что для хвойных лесов географическая широта на динамику изменения температуры в грунте не влияет.

Полученные результаты свидетельствуют о том, что растительность в виде хвойных деревьев наилучшим образом способна защитить многолетнемерзлые грунты от деградации. Более того, исследованиями, приводимыми в настоящее время, установлено, что при нынешнем потеплении климата существует обратная связь, усиливающая рост лесов и, следовательно, предотвращающая таяние многолетнемерзлой толщи. Исходя из вышесказанного, можно предположить, что именно леса, в особенности хвойные, могут оставаться теми территориями, где, несмотря на повсеместное повышение температуры атмосферного воздуха, продолжают сохраняться многолетнемерзлые породы.

Подробнее см. «Анализ причин продолжающегося формирования многолетней мерзлоты под хвойными лесами в условиях глобального потепления», С. А. Гулый, Ю. Б. Скачков, М. С. Рожина, «Лесоведение», 2022, № 4, стр. 419-431.

Редакция сайта РАН, фото Pixabay.

(jpg, 466 Kб)

©РАН 2022