«Глобальное потепление: Картография российских климатических наук»

До середины XIX века климатические колебания были вызваны природными факторами. Текущее изменение климата уникально: оно не только напрямую связано с деятельностью человека, но и происходит с невиданной ранее скоростью. В книге «Глобальное потепление: Картография российских климатических наук» («Издательство Европейского университета»), составленной по следам Климатического семинара Европейского университета 2020-2021 года, ведущие российские специалисты обсуждают изменение климата с точки зрения основных естественных наук, изучающих климатическую систему Земли: океанологии, физики атмосферы, палеоклиматологии, геокриологии. Предлагаем вам ознакомиться с фрагментом о неприятных последствиях осушения торфяных болот.

Глобальное значение торфяных болот

Торфяные болота занимают около 4 миллионов квадратных километров и встречаются по меньшей мере в 169 (88 процентах) из 193 государств-членов ООН (Joosten, 2009) (рис. 1). Всего в торфяных залежах болот мира содержится около 600 гигатонн углерода, что в два раза превышает углеродный запас всей лесной биомассы мира (Вомперский и др., 1994; Gorham, 1991; Page et al., 2011; Joosten et al., 2016; Dargie et al., 2017; Yu et al., 2019). Другими словами, 30 процентов общемирового углерода почвы находится только на 3 процентах территории суши (Scharlemann et al., 2014). Это делает торфяники главным долговременным хранилищем углерода в земной биосфере и, наряду с океаническими отложениями, вторым по значимости источником углерода на Земле (Parish et al., 2008; Joosten et al., 2016; Kirpotin et al., 2021).

Торфяники также очень эффективны в отношении плотности депонирования углерода: в бореальной зоне они содержат в среднем в семь раз больше углерода на гектар, чем любая другая экосистема, а в тропиках даже в десять раз больше (Parish et al., 2008). С 1000 года нашей эры цивилизация потеряла 90 гигатонн почвенного углерода с 55 миллионов квадратных километров сельскохозяйственных угодий (Sanderman et al., 2017), а торфяники одновременно поглощали по крайней мере аналогичное количество углерода на площади, меньше указанной более чем в десять раз (Gorham, 1991; Parish et al, 2008; Frolking et al., 2011).

Современные темпы поглощения углерода в торфяниках мира — менее 100 миллионов тонн (0,1 гигатонны или 100 мегатонн) углерода в год, кроме того, они демонстрируют значительную межгодовую изменчивость (Parish et al., 2008; Frolking et al., 2014). Тем не менее даже при таких медленных темпах природные торфяники мира со временем уменьшили концентрацию атмосферного CO₂ примерно на 50 ppm (доиндустриальная концентрация углекислого газа в атмосфере — 280 ppm (что равно 0,028 процента), а современная — 420 ppm). Несмотря на то, что торфяники являются источниками метана, в целом, с учетом изъятия СО₂, они снизили радиационное воздействие примерно на 0,7 ватт на квадратный метр (Frolking et al., 2011; Günther et al., 2020), что привело к общему охлаждению глобального климата на ~0.6 °C (Stöcker et al., 2013).

Болота обеспечивают также многие экосистемные услуги, критически важные для благополучия человека (Parish et al., 2008; Bonn et al., 2016). В частности, это хранение и очистка пресной воды (например, от тяжелых металлов и других загрязняющих веществ (Volkova et al., 2010)), снижение риска наводнений и испарительное охлаждение локального и регионального климата (Joosten et al., 2016). Кроме того, торфяники представляют собой важные палеоэкологические архивы микро- и макроокаменелостей, сохраняющихся в торфе (Greiser and Joosten, 2018) (в том числе бесценных археологических артефактов, таких как «болотные люди» (Fischer, 2012)). Торфяники имеют ярко выраженное разнообразие специализированных, редких и исчезающих видов и поддерживают — за счет размещения мигрирующих видов — биологическое разнообразие далеко за пределами своих границ. Будучи одной из последних форм нетронутых экосистем, они все чаще служат убежищем для видов, изгнанных из своей не болотной среды обитания (Minaeva et al., 2017).

Таким образом, многолетние исследования международного научного сообщества доказывают, что климаторегулирующая функция водно-болотных угодий более значима по сравнению с лесами. Важнейшая стратегическая задача — всесторонне обосновать глобальную климаторегулирующую значимость водно-болотных угодий планеты и добиться их включения в механизмы квотирования по исполнению Парижского соглашения. В этом случае Россия в целом и Западная Сибирь в частности получат огромные геополитические дивиденды. Вместе с тем, принимая во внимание климаторегулирующую роль болот в глобальном масштабе, необходимо отметить и некоторые негативные аспекты высокой заболоченности на региональном уровне. Болота являются серьезным фактором, ограничивающим хозяйственную деятельность и в целом развитие территории. Это определяется спецификой их почвенно-гидрологических свойств. В первую очередь это слабая несущая способность грунтов и высокая, периодически переменная, увлажненность грунтов и поверхности (Berezin et al., 2014). Эти свойства болот сильно усложняют всякое строительство, особенно линейных объектов (дороги, ЛЭП, трубопроводы). Влияние болотных массивов распространяется на прилегающие леса, что значительно понижает их хозяйственную ценность за счет избыточного сезонного увлажнения почв и образования глеевых горизонтов. Болотные и лесные ландшафты находятся в постоянном взаимодействии, периодически сменяя друг друга по границе контакта (Глебов и Черепнин, 1988).

Отсутствие дорог и обилие кровососущих насекомых — следствия высокой заболоченности Западной Сибири. Понятие «болото» ассоциируется с непригодными для проживания и использования землями, что отчасти верно. Сложность любого строительства на болотах ограничивает хозяйственное освоение всей территории таежной зоны Западной Сибири (Березин и др., 2005). Таким образом, для России сохранение болот обладает определенными негативными сторонами и несет финансовые издержки при хозяйственной деятельности в Сибирском регионе.

Осушение и восстановление болот

Более 80 процентов мировой площади торфяников все еще находится в естественном состоянии (Joosten et al., 2016). Однако значительная часть (около 650 тысяч квадратных километров: Joosten et al., 2016) была осушена и преобразована в сельскохозяйственные и лесные угодья, пастбища, районы добычи торфа или объекты инфраструктуры. Ранее это происходило главным образом на глобальном Севере, а в настоящее время все чаще происходит в тропиках. Многие европейские страны осушили подавляющее большинство своих торфяников: например, Германия (98 процентов), Нидерланды (95 процентов), Дания (93 процента) и Ирландия (82 процента) (Tanneberger et al., 2017; Kirpotin et al., 2021).

Огромное количество торфяников в России сохранилось до сих пор потому, что только половина площади торфяников в европейской части страны была осушена. Однако Советский Союз был далек от ограничительного использования торфяников: по площади осушения и объему добываемого торфа страна была даже мировым лидером, что связано с явным негативным отношением к этим экосистемам (Копенкина, 2015; Bruisch, 2018). К концу XX века около 69 тысяч квадратных километров торфяников на территории бывшего Советского Союза были осушены и деградированы в результате деятельности человека. Деградация особенно затронула Европейскую Россию, в то время как обширные торфяники в Сибири остались нетронутыми (Bruisch, 2018).

С осушением торфяники становятся подверженными повышенному микробному окислению, при этом они превращаются из аккумулирующих углерод экосистем в источник эмиссии углерода (Joosten et al., 2016; Feurdean et al., 2019). Более сухие условия также увеличивают воспламеняемость торфа и частоту возникновения торфяных пожаров. Помимо дополнительного выброса CO₂ тлеющие пожары на осушенных торфяниках являются причиной широко распространяющегося дыма (Hu et al., 2018) — с пагубным воздействием на здоровье человека (Marlier et al., 2019). В бореальной зоне древесный покров из легковоспламеняющихся видов способствует естественности лесных и торфяных пожаров, что может даже благоприятствовать образованию торфа (Leifeld et al., 2018; Flanagan et al., 2020). Однако возросшая частота и мощь торфяных пожаров после антропогенного и климатически обусловленного осушения торфяников создает важные климатические обратные связи (Helbig et al., 2020).

Выбросы в результате мелиорации и последующей деградации торфяников, пожаров на них и их эксплуатации составляют в настоящее время около 5 процентов общемировых антропогенных выбросов парниковых газов (Joosten et al., 2016). Продолжающиеся выбросы осушенных торфяников к 2100 году могут составлять 12–41 процентов от бюджета выбросов парниковых газов, необходимого для поддержания глобального потепления ниже +1.5–2 °C (Leifeld et al., 2019). Сильно ухудшаются и экосистемные услуги интактных (нетронутых) торфяников с дренажем (Bonn et al., 2016).

В 1960–1970-е годы были проведены масштабные лесомелиоративные работы, связанные с осушением крупных участков верховых болот. Положительного результата (увеличение объема товарной древесины) они не дали. После распада СССР средств на поддержание мелиоративных систем не выделялось. На частично осушенных участках верховых болот скапливается большое количество горючего материала (cухостой сосны и кустарнички), что способствует распространению пожаров и переходу их в почвенную фазу. За прошедшие полвека многие участки пройдены пожарами неоднократно (Базанов и др., 2001). Произошло значительное выгорание торфяной залежи. На рис. 2 видны два участка осушенного торфяного болота: северный — неоднократно горел, в том числе горела и торфяная залежь, на южном участке были только низовые пожары.

Мелиорированные участки лесов представляют потенциальную опасность развития почвенных пожаров на большой территории. Общая площадь осушенных в рамках лесомелирации болот только в Томской области около 67,5 тысяч гектаров (Семенова, 2001). Так, в 2012 году при затяжной сухой и жаркой погоде весны и первой половины лета начались торфяные пожары на юге Томской области, сильное задымление наблюдалось в Томске около месяца. Горели в основном небольшие участки болот на Обско-Томском междуречье. В связи с климатическими изменениями (глобальное потепление), которые прогнозируются в ближайшее время, возможно повторение экстремально жаркой погоды в умеренных широтах (Kirpotin et al., 2009). Выбросы загрязняющих веществ при горении торфа могут существенно влиять на состояние атмосферы и здоровье населения (Page et al., 2002; Nilson, 2004; Rein et al., 2009).

Осушение болот в Томской области проводилось также в рамках сельскохозяйственной мелиорации. В основном это касалось южных районов и было направлено на увеличение общей площади сельхозугодий, причем осушались участки мелкозалежных болот, примыкающие к действующим полям. Проводились и масштабные осушительные работы на низинных торфяниках с целью освоения их под сельхозугодья. Общая площадь осушенных для этих целей земель в Томской области около 34,4 тысяч гектаров (Семенова, 2001). Болота осушались и для добычи торфа. В Томской области работали десятки торфопредприятий для обеспечения нужд сельского хозяйства. В настоящее время все они заброшены, а торфяники не используются централизовано, на них не проводятся противопожарные и охранные мероприятия.

Может способствовать возникновению пожаров и практика заготовки древесины, при которой проводятся сплошные рубки в южных районах зоны подтайги и лесостепи Западной Сибири. Здесь распространены березовые колки (небольшие участки леса среди сельхозугодий), занимающие частично заторфованные понижения в рельефе (Пологова и Дюкарев, 2012). Проведение сплошных рубок и складирование порубочных остатков в кучи для последующего разложения и/или сжигания приводит к большой концентрации в одном месте горючих материалов. При сжигании этих куч или их возгорании при низинном пожаре может воспламеняться торф даже в пожаробезопасный период, например зимой. Выгорание торфа происходит на небольшую глубину (до 1,5 метра), но при этом на торфяном субстрате гибнет вся древесная растительность (рис. 3).

Возможности горения торфа зависят как от его влажности, так и от температуры очага возгорания (Frandsen et al., 1987; Гришин и др., 2006; Reardon, 2007). В засушливые годы имели место торфяные пожары осушенных низинных торфяников (в том числе на месте сельхозугодий) с образованием специфического ячеистого рельефа (Berezin et al., 2014). По всему югу области встречаются участки среди сельхозугодий с западинами на месте гари глубиной до 1,2 метра и площадью от нескольких квадратных метров до нескольких гектаров. В последние десятилетия значительная часть сельхозугодий не используется по назначению, зарастает сорной растительностью и молодью лиственных пород. Среди заброшенных оказались и участки осушения. Велика вероятность развития торфяных пожаров на этой территории.

На протяжении большей части пожароопасных сезонов в Сибири неосушенные болота являются естественными преградами распространения огня. Болота здесь выполняют функцию противопожарных разрывов между ландшафтами лесов, лугов и сельхозугодий. Особенно это важно в самое пожароопасное время года: весна — начало лета.

Пожары на болотах чаще всего являются продолжением горения прилегающих лесов и лугов. Почвенные (торфяные) пожары в естественных ландшафтах Сибири случаются очень редко, чаще горят осушенные торфяники. Возникновению торфяных пожаров способствует деятельность (или бездеятельность) человека. Отсутствие всякого контроля за состоянием больших площадей осушенных торфяников, которые не используются ни в лесном, ни в сельском хозяйстве, относит их к группе риска развития крупных торфяных пожаров.

В последнее время в европейских странах (Bain et al., 2011; Peacock et al., 2018), особенно в Германии, начались чрезвычайно дорогостоящие программы по реобводнению (восстановлению) болот (рис. 4), но, несмотря на огромные вложения, они не всегда успешны. Тем не менее это делается для создания более благоприятного экологического реноме странам, подписавшим Киотский протокол, а затем и Парижское соглашение. Ученые и политики прекрасно понимают, что практически уничтоженные в Европе водно-болотные территории — главные накопители и хранилища углерода на суше нашей планеты (Dinesen and Hahn, 2019; Kirpotin et al., 2021).

Подробнее читайте:
Глобальное потепление: Картография российских климатических наук / под ред. А. Екайкина, О. Бычковой — СПб.: Издательство Европейского университета в Санкт-Петербурге, 2024. — 352 с. : ил.