В бореальных лесах ученые отслеживают последствия потепления

Даже не знаю как заставить посетителей сайта, читать что-либо, кроме того, что связано с их шкурными текущими интересами и разного рода скандальными событиями. Наверное пора переходить к угрозам. Итак… Если эту статью до полуночи не прочтут 100 человек, то впредь все свои переводы подобного толка я буду размещать только на сайте PRO. М.П.

От Миннесоты до территорий Северо-Запада исследователи изучают кардинальные изменения в обширных северных лесах: таяние вечной мерзлоты, усохшие деревья, выбросы метана, учащение лесных пожаров и медленное превращение лесов из поглотителей в источники выбросов углерода.

На фото: Экспериментальный лес Марселл в северной Миннесоте. Ученые моделируют различные климатические условия в этих стеклянных камерах, чтобы лучше понять, как бореальные леса будут реагировать на повышение температуры. ОКРИДЖСКАЯ НАЦИОНАЛЬНАЯ ЛАБОРАТОРИЯ / ДЕПАРТАМЕНТ ЭНЕРГЕТИКИ США

Надпись, висящая над дверью гигантской стеклянной камеры с открытым верхом в отдаленной части экспериментального леса Марселл в Миннесоте, объясняет, почему так много ученых со всего мира усердно работали, чтобы получить кусочек этого бореального леса. «Добро пожаловать в будущее», — гласит табличка, и это буквально то, что получают исследователи, когда приходят проводить исследования в Марселл.

Эксперимент — совместная работа Лесной службы США и Окриджской национальной лаборатории Министерства энергетики — состоит из 10 стеклянных камер с открытым верхом. Каждая из них имеет высоту 30 футов, диаметр 40 футов и спроектирована путем контроля температуры и уровня CO2, чтобы

Эксперимент — совместная работа Лесной службы США и Окриджской национальной лаборатории Министерства энергетики — состоит из 10 стеклянных камер с открытым верхом. Каждая из них имеет высоту 30 футов, диаметр 40 футов и позволяет контролировать температуру и уровня CO2, чтобы имитировать то, что произойдет с бореальными торфяниками при различных сценариях глобального потепления. Сценарии варьируют от отсутствия изменений до очень реалистичного увеличения на 4 градуса, опасного увеличения до 7 градусов и даже пугающего до 12 градусов по Фаренгейту и выше.

Экспериментальный лес Марселл был основан в 1962 году для изучения экологии и гидрологии бореальных лесов, которые в Северной Америке простираются от района Верхнего озера на севере Соединенных Штатов до северной Канады и Аляски. Бореальные леса — крупнейшая в мире лесная система, содержащая обширные богатые углеродом торфяники — также покрывают Скандинавию и большую часть России.

За последние несколько десятилетий фокус исследований в Марселл сместился на изучение воздействия глобального потепления на бореальные леса. В настоящее время здесь проводится более 50 экспериментов. Этот научный полигон лишь один из многих подобных на которых ученые проводят долгосрочные исследования климатических изменений в бореальной зоне. Исследования в районе Великих озер, богатых вечной мерзлотой районах Танана-Флэтс и экспериментального леса Бонанза-Крик в центральной части Аляски, а также в низменностях Скотти-Крик на Северо-Западных территориях Канады отслеживают трансформацию бореальной экосистемы Северной Америки. По всему региону торфяники высыхают, а более жаркие и сухие условия приводят к неуклонному увеличению числа лесных пожаров. В совокупности все эти явления ускоряют таяние вечной мерзлоты.

В 2016 году ученые впервые начали закачивать тепло и углекислый газ в камеры в лесу Марселл, чтобы посмотреть, как эти и другие торфяники отреагируют на потепление климата. В течении 5 лет ученый из Лесной службы США Рэнди Колка, специалист по экосистемам из Ок-Риджа Пол Хэнсон и их коллеги наблюдают быстро происходящие изменения: нагретые участки быстро превращаются из накопителей углерода в источники его выбросов.

Торф в лесу Марселл содержал в 15 раз больше углерода, чем повторно вырубленные леса на востоке США. Но в недавнем исследовании Колка, Хэнсон и другие сотрудники описывают, как камеры теряют углерод в 4,5-18 раз быстрее, чем исторические темпы накопления. При высыхании или разложении влагоемкий торф разрушается, теряя способность накапливать углерод.

Когда Колька вел меня по топкому болоту, прогревающемуся с наибольшей скоростью, он указал на изменения, связанные с потеплением. Тамараки (американские лиственницы) и ели потемнели. Тепло- и влаголюбивые кустарники были так густы, что сфагнум почти не просматривался на болотном дне. По его словам, сфагнум и другие мхи, являющиеся строительными блоками при формировании торфа, долго не продержатся.

Торф представляет собой частично разложившуюся растительность, которая скапливается на холодных, заболоченных, лишенных кислорода болотах и топях бореальной зоны. По мере повышения температуры торф высыхает на юге и оттаивает на севере, где тонут деревья, а реки и озера становятся коричневыми от твердого органического углерода, растворяющегося в воде. Это приводит к выбросу огромного количества углерода в реки, озера и атмосферу.

«Бореальная Миннесота в ближайшие десятилетия будет больше похожа на Канзас», — говорит исследователь.

Учитывая, что торфяники содержат в два раза больше углерода, чем все леса мира, ученые-климатологи внимательно следят за этими изменениями. В дополнение к смягчению последствий наводнений, фильтрации воды и замедлению или прекращению лесных пожаров, богатая торфом бореальная экосистема обеспечивает места гнездования от 1 до 3 миллиардов птиц, которые прилетают на север даже из Аргентины.

«Если с выбросами углерода ничего не изменится, то Северная часть Миннесоты в ближайшие десятилетия станет больше похожа на Канзас , », — говорит Ли Фрелих, директор Центра лесной экологии Университета Миннесоты, более 30 лет отслеживающий изменения в The Boundary Waters Canoe Wilderness в северной Миннесоте «С Канзасом все в порядке, но нам не нужен еще один Канзас в Миннесоте. У нас в Миннесоте всего три биома — бореальный, умеренный и пастбищный. Потеря бореального была бы катастрофой».

Фрелих считает, что в его части бореальной зоны именно деревья претерпевают самые драматические изменения. Он видит все больше и больше красных сосен с коричневатыми кронами, черных елей и бальзамина, которые не восстанавливаются после гибели. Напротив, виды умеренных широт, таких как клены и дубы, сопровождаемые лугами, постепенно продвигаются на север. В недавнем исследовании он и другие ученые предсказывают, что к концу века большая часть бореальных лесов в Миннесоте исчезнет. Вместе с ними будет потеряна ​​и полоса бореальных лесов на юге Канады протяженностью от 180 до 300 миль.

Многие ученые считают, что трансформация южной части бореального бинома будет в некоторой степени компенсирована миграцией на север деревьев, таких видов, как черная и белая ель, скрученная сосна, осина и береза. Это подтверждает одно недавнее исследование. Кроме того, увеличение содержания углекислого газа в атмосфере может ускорить рост деревьев на крайнем севере. Однако, поскольку потепление в западной части Арктики ускоряется в два-три раза быстрее, чем в остальном мире, ученые говорят, что разрушительные последствия изменения климата в бореальной местности, как ожидается, намного превысят любые выгоды.

На объекте долгосрочных экологических исследований (LTER) Bonanza Creek (помните цикл рассказов Джек Лондона о золотой лихорадке?), расположенном недалеко от Фэрбанкса, Аляска, ученые с 1987 года работают над тем, чтобы лучше понять механизмы, которые на протяжении тысячелетий делали бореальную местность устойчивой, а теперь делают ее такой уязвимой перед беспрецедентным потеплением.. Одним из ключевых выводов является то, что частые пожары благоприятствуют регенерации лиственных деревьев, таких как осина и береза, а не хвойных. Летние пожары сжигают глубокий органический слой почвы, который обнажает минеральные почвы ниже, способствуя расширению лиственных пород и уменьшая изоляцию вечной мерзлоты.

Хотя осина и береза ​​содержат больше углерода, чем хвойные деревья, усиление потепления может означать, что северные бореальные районы постигнет та же участь, что и обширные насаждения на юге, которые вымирают из-за засухи.

«Это похоже на карточную игру», — сказала Джилл Джонстон, один из исследователей района Бонанза-Крик, а ныне руководитель лаборатории экологии северных растений на Юконе. «После пожара происходит перетасовка колоды. В бореальной местности, где в экосистеме очень мало видов деревьев и растений по сравнению, скажем, с Амазонкой, существует лишь определенное количество способов разыграть игру. Управляющие силы, такие как кислотность почвы, осадки, жара и вечная мерзлота, помогают определить, какие растения и деревья будут наиболее успешны. Изменение климата, влияет на расклад больше, чем когда-либо прежде».

Одно недавнее исследование показало, что способность черной ели — краеугольного бореального вида — к естественной регенерации на горельниках снизилась на 38 процентах их площади. На 18% ель после пожара полностью исчезла.

Растущее число, масштабы и интенсивность бореальных лесных пожаров ускоряют таяние вечной мерзлоты, которое уже идет полным ходом. Это таяние выдавливает корни и подтапливает обширные лесные массивы от Аляски на восток до Юкона и Северо-Западных территорий.

Когда Торре Йоргенсон начал свои исследования в Танана-Флэтс в 1990-х годах для Исследовательской и инженерной лаборатории холодных регионов армии США, изменение климата не было серьезной проблемой. Однако теперь Йоргенсон и другие поражены быстрыми изменениями, особенно гибелью больших участков «подтопленных» бореальных лесов.

«В ноябре я катался на коньках по одному из этих затопленных лесов недалеко от Фэрбенкса, — сказал Джордженсон, бывший президент Ассоциации вечной мерзлоты США. «Мягко говоря, было странно видеть стволы этих мертвых деревьев, все еще застывших во льду. Становится еще хуже. Мы прогнозируем, что к концу века мы потеряем еще 36 процентов вечной мерзлоты, и в [бореальных] низинах останется очень мало деревьев».

Периодические нарушения не являются чем-то новым для бореальной области. Более того, это то что делает его устойчивым. За последние 12 500 лет наводнения из-за таяния ледников и снежного покрова превращали этот изначально ледяной мир сначала в мир водных трав, затем в мир мхов и кустарников. Затем, когда уровень воды снизился, а земля осушилась и высохла, на толстых слоях торфа выросли такие деревья, как черная ель и осина.

Точно так же, как интенсивное летнее таяние морского льда в Северном Ледовитом океане сейчас сопровождается гораздо меньшим его образованием зимой, более теплые зимы в северных широтах больше не позволяют земле замерзать и останавливать потерю вечной мерзлоты. Водяные болота в Танана-Флэтс расширяются в геометрической прогрессии. Согласно недавнему исследованию Йоргенсена и его коллег, размер трех больших болот в Танане с 1949 по 2018 год увеличился на 26 процентов в основном за последние два десятилетия.

«То, что мы видим, возможно, более четко, чем где-либо еще в мире, — это изменение экосистемы, происходящее с быстрой скоростью»

Аналогичные наводнения в долинах Лиард и Маккензи к юго-востоку в Северо-Западных территориях Канады вызывают серьезную озабоченность у коренных народов, которые зарабатывают на жизнь рыболовством, охотой и ловлей животных. «Лоси и карибу переселяются в более засушливые места», — говорит Дитер Кейзон, менеджер по землям и ресурсам коренной нации лиилдии куэ. «Бобры и ондатры исчезают, становится трудно добраться из одного места в другое, когда на суше так много воды. Мы также наблюдаем обрушение берегов рек».

Уильям Куинтон — гидролог Университета Ватерлоо, изучает вечную мерзлоту в этом регионе с 1999 года. Находясь на исследовательской станции Скотти-Крик в Северо-Западных территориях Канады, Куинтон и его коллеги работают рука об руку с народом Лиилдий Куэ Гот’ине, чьи традиционные экологические знания дополняют научные исследования, проводимые на местах. Долговременная память коренного народа о прошлом и их знание того, как рыбы и дикие животные реагируют на изменение климата, оживляют данные, которые собирают Куинтон и его коллеги.

«Трудно быть деревом в этом ландшафте», — говорит Куинтон, чья исследовательская станция в Скотти-Крик расположена посреди бореального леса площадью 59 квадратных миль с высокой концентрацией водно-болотных угодий. «Наводнений было так много, что нам пришлось дважды переносить наш базовый лагерь. Некоторые деревья висят на кочках, которые действуют как спасательные шлюпки. Но по мере того, как деревья растут, их вес разрушает кочки внизу».

По по словам Куинтона, зимние месяцы в Скотти-Крик теплеют быстрее, чем летние. В 1950-х годах вечная мерзлота покрывала почти три четверти региона. Сейчас сохранилась только треть её былой площади. Края локальных участков вечной мерзлоты отступают примерно на метр в год, оставляя после себя впадины, которые заполняются тающим снегом, и постоянно расширяющиеся каналы грунтовых вод.

«То, что мы видим, возможно, более четко, чем где-либо еще в мире, — это изменение экосистемы, происходящее в быстром движении», — говорит Куинтон.

Еще одной проблемой, связанной с заболачиванием, является «побурение» озер, рек и ручьев, возникающее по мере растворения в воде твердого органического углерода, содержащегося в быстро оттаивающем торфе. Согласно ряду исследований, во время таяния безвредная неорганическая ртуть присоединяется к углероду и , микроорганизмы могут преобразовать ее в высокотоксичную неорганическую форму метиловой ртути.

Главный вопрос сейчас заключается в том, будет ли таяние вечной мерзлоты в бореальных экосистемах торфяников медленным явлением, которое постепенно высвобождает парниковые газы, или «углеродной бомбой», которая вот-вот выведет огромные запасы углерода. В любом случае трансформация бореальной зоны имеет последствия не только для изменения климата, но и для качества воды и среды обитания диких животных, а также для лесных пожаров, которые, по прогнозам, будут гореть сильнее и с более короткими интервалам… Всё это затрудняет восстановление бореальной зоны.

Фрелих из Университета Миннесоты не теряет надежды на бореальную природу. Как и Торре Йоргенсон, он подозревает, что некоторые части бореальных лесов в более прохладных, неосвоенных высокогорьях и те, что примыкают к холодным озерам, выживут, как это сделали участки бореальных лесов в Свитграсс-Хиллз в Монтане и Мус-Маунтин в Саскачеване. Этими бореальными убежищами можно управлять, чтобы контролировать лесные пожары, инвазивные виды и деятельность человека.

«Задача, — говорит Фрелих, — состоит в том, чтобы определить, где эти убежища, скорее всего, находятся. Тогда мы сможем принять меры по сохранению, чтобы защитить их. Помимо сокращения выбросов углерода, это наша самая большая надежда. Леса умирают быстро, а деревья растут долго».

Канадский писатель и фотограф Эд Струзик уже три десятилетия пишет об экологических проблемах. Он является автором книги « Болота: тундровые бобры, трясущиеся болота и невероятный мир торфа»и научным сотрудником Института энергетики и экологической политики Королевского университета.