Зомби-пожары в Арктике тлеют под землей и отказываются умирать – что их вызывает?

Пожар в заболоченной торфяной тундре на Аляске. Национальные парки Западной Арктики / flickr

Так называемые «зомби-пожары» на торфяниках Аляски, Канады и Сибири исчезают с поверхности Земли и тлеют под землей в течение зимы, прежде чем возродиться следующей весной. Эти пожары озадачивают ученых, потому что они возникают в начале мая, намного раньше обычного сезона пожаров на крайнем севере, и могут возобновляться в течение ряда лет.

Большинство учёных считают, что зомби-пожары — это остатки пожаров на поверхности , но мы выявили альтернативную причину. Наши исследования показывают, что быстрое потепление атмосферы над землей может привести к внезапному нагреву торфяных почв под землей до температуры тления, и все это без какой-либо искры или другого возгорания. Эти зомби-пожары могут быть примером самовозгорания, вызванного изменением климата.

Сообщения о таких пожарах относятся к 1940-м годам, когда они были редкими событиями. Однако частота и интенсивность этих пожаров значительно увеличились за последние два десятилетия, параллельно с ускоренным потеплением в Арктике, самом быстро нагревающемся регионе на планете.

В начале 2024 года только в канадской провинции Британская Колумбия действовало более 100 зомби-пожаров . Зомби-пожары были зарегистрированы даже возле самого холодного поселения на земле, Оймякона на северо-востоке Сибири , где они переносились на протяжении нескольких зим и ежегодно составляют около 3,5% выгорающей площади в более широком регионе.

Красные области нагреваются быстрее всего, а черные и серые области показывают богатые углеродом торфяные почвы. Между ними существует значительное совпадение, например, в Черском на севере Сибири. О’Салливан и др./Королевское общество А (Данные: Berkeley Earth/PEATMAP)

В чувствительных к температуре арктических торфяных почвах содержится больше углерода, чем во всей атмосфере, и эти пожары выбрасывают в атмосферу гигатонны углерода. Мы хотели знать, может ли внезапное потепление быть прямой причиной этого.

Два замечательных результата

Мы разработали математическую модель для изучения различных сценариев «что, если», в том числе того, как температура и содержание углерода в торфяных почвах реагируют на изменения погоды и климата. Что особенно важно, наша модель показывает, как определенные микробы выделяют тепло, разрушая почву и выделяя ее углерод в атмосферу.

Мы получили два замечательных результата:

Во-первых, эти микробы могут выделять столько тепла, что подземный торф может тлеть зимой при температуре около 80°C, готовый воспламениться весной. И это может произойти без того, чтобы в этом месте над землей когда-либо возник пожар, и без того, чтобы погода над землей достигла тех температур, которые обычно необходимы для возгорания почвы.

Это новое состояние мы называем горячим метастабильным состоянием торфяных почв. В данном контексте «метастабильный» означает длительное горение – горячее состояние длится долгое, но конечное время, до десяти лет, пока торф не сгорит.

Другой наш ключевой вывод заключается в том, что внезапный переход от обычного холодного состояния к горячему метастабильному может быть вызван только реалистичными климатическими изменениями , включая летнюю жару и сценарии глобального потепления. Самое интересное, что для того, чтобы вызвать переход, повышение температуры атмосферы должно быть быстрее некоторой критической скорости. При повышении температуры атмосферы на такую ​​же величину, но более медленными темпами, биоактивная торфяная почва остается в обычном холодном состоянии и никогда не переходит в горячее метастабильное состояние.

У нас до сих пор нет доказательств того, что это происходит в реальном мире, и это не было продемонстрировано в лаборатории – на данный момент это явление наблюдается только в наших моделях. Но мы знаем, что компост (очень похожий на торф) может загореться таким же образом. Например, крупный пожар на окраине Лондона во время жары в 2022 году, вероятно, был вызван самовозгоранием кучи компоста .

Все это говорит о том, что температура атмосферы на самом деле не является ключевым критическим фактором возникновения зомби-пожаров. Скорее, именно скорость потепления атмосферы вызывает длительные горения подземного торфа. Проще говоря, дело не в температуре, а в скорости её повышения.

Как бороться с зомби

По мере потепления климата погода становится все более экстремальной, и именно такие условия могут привести к все большему количеству зомби-пожаров. Это вызывает беспокойство, поскольку может запустить порочный круг: гигатонны углерода, выбрасываемые из древних торфяных почв в атмосферу, вероятно, еще больше усугубят климатические изменения, что приведет к увеличению количества пожаров, более экстремальных погодных условий и так далее.

Действительно, зомби-пожары являются примером переломного момента , вызванного скоростью , когда система не может адаптироваться к слишком быстрым изменениям внешних условий и переходит из своего обычного состояния в другое, часто нежелательное состояние. Вполне возможно, что современный климат приближается или уже превысил опасные темпы изменений для некоторых природных систем, таких как биоактивные торфяные почвы, что может объяснить недавнее увеличение зомби-пожаров.

Похоже, что единственное решение предотвратить дальнейшие зомби-пожары — это ограничить изменчивость климата. В то время как политики сосредотачивают внимание на опасных уровнях атмосферной температуры (жаре), изменчивость климата (скорость изменения) может иметь такое же или даже большее значение для нашей устойчивости в краткосрочной перспективе.