ЛЕС И КЛИМАТ

— По данным Межправительственной группы экспертов по изменению климата средняя температура поверхности Земли с 1880 по 2012 г. повысилась на 0,85°С, и наиболее значимые изменения произошли в полярных и высокогорных районах. Этим и объясняется интерес к изучению реакции северных и высокогорных экосистем и их отдельных компонентов на изменения климата. Растительные сообщества высокогорий существуют в экстремальных климатических и почвенно-грунтовых условиях и поэтому очень чувствительны к любым изменениям. Границы растительных поясов в горных районах находятся на коротком расстоянии друг от друга, и вызванные изменением климата сдвиги растительных рубежей здесь особенно заметны. Все это мы наблюдаем на Полярном Урале, где уральские дендрохронологии проводят исследования с 1960-х годов.

В последние два десятилетия участники нынешнего проекта основательно исследовали динамику древесной растительности в высокогорьях Урала, были наработаны соответствующие методики. Очевидно, что верхняя граница леса значительно сместилась вверх за последнее столетие в ответ на региональные изменения климата. В рамках проекта РНФ мы намерены провести количественную оценку изменений состава, структуры, фитомассы и пространственного распределения древесной растительности на верхнем пределе ее распространения не только на Полярном Урале, но и в других субарктических регионах России.

— Это три региона Cубарктики — Кольский полуостров, Полярный Урал и плато Путорана на севере Западной Сибири. На шести ключевых горных вершинах, в пределах экотона верхней границы леса (переходной полосы «лес — тундра»), мы планируем в целом заложить 10 высотных профилей, на каждом из которых около 9 постоянных пробных площадок. В этом году такие профили заложены на Хибинах (Мурманская область), на массиве Рай-Из (Ямало-Ненецкий автономный округ) и в районе озера Лама в Красноярском крае. Мы устанавливаем автоматические температурные датчики и мини-метеостанции, измеряем основные параметры у всех растущих там деревьев и берем образцы древесины для определения их возраста, изучения процесса роста и накопления фитомассы. Дерево при этом не страдает — миллиметровые образцы извлекаются методом бурения. За сезон мы бурим около тысячи деревьев. Изучая полученный материал, можно выявить корреляционные связи между индексами ширины годового кольца у разных видов хвойных деревьев и климатическими факторами на изучаемых территориях.

Помимо традиционных дендрохронологических методов используем и новые возможности — беспилотники для аэрофотосъемки, лазерные сканирующие системы для дистанционного зондирования поверхности Земли, современные геоинформационные систем (ГИС) и пакеты по обработке аэрокосмической информации. Сочетание всех этих методов позволяет получить достаточно полную и точную картину состояния древесной растительности на исследуемых территориях.

— Есть старые топографические карты, где нанесены границы леса. Их поиск, инвентаризация и сканирование — отдельная работа. Есть исторические (с конца XIX века) ландшафтные фотоснимки, которые хранятся в различных организациях и у отдельных лиц. Мы повторно фотографируем эти ландшафты примерно с 50 точек прежней съемки, проводим анализ фотоизображений на разновременных снимках.

— Составим крупномасштабные карто-схемы, отражающие точное положение, размеры и надземную фитомассу каждого дерева на ключевых склонах изучаемых вершин в каждый календарный год начиная с 1900-го по настоящее время. На электронных тематических картах всех ключевых вершин будет показано пространственное варьирование микроклиматических параметров, увлажнения и температуры почв, высоты снежного покрова, каменистости участков, состава, сомкнутости и фитомассы древостоев. Сравнивая контуры границ древостоев, отображенных на этих тематических картах и на старых крупномасштабных топографических картах (1950–1960, 1980–1990 годы), можно будет оценить смещение верхней границы леса и изменение фитомассы древесной растительности в целом на ее верхнем пределе во всех районах исследований в последние 30–60 лет.

На основе космических снимков среднего разрешения и новейших методов автоматизированного дешифрирования будут созданы среднемасштабные карты современного состояния растительности переходной зоны лес — тундра в горах на обширных территориях, прилегающих к ключевым вершинам.

Наша задача — перейти от описания процессов, происходящих в субарктических регионах в последние 50–100 лет, к их математическому моделированию. А именно, на основе данных региональных гидрометеорологических станций, собственных наблюдений при помощи автономных метеоприборов и дендроклиматических реконструкций с использованием множественного регрессионного анализа и «алгебры карт» в ГИС мы планируем разработать оригинальную синтетическую модель, отражающую пространственные изменения температур по каждому из десятилетий XX века. Будет создана геоинформационная база данных лесотундровых и лесных экосистем и важнейших факторов среды для Кольского полуострова, Полярного Урала и плато Путорана. Мы сможем оценить степень различия и сходства процессов, происходящих в различных ботанико-географических и климатических районах. Темпы продвижения леса в горы различны, зависят от многих факторов, например, от близости к морю, уровня влажности и других.

— Напомню, что углерод — основной компонент древесины, а количество углекислого газа в атмосфере — один из существенных факторов, влияющих на ее температуру. Для разработки моделей климатических изменений  необходимо знать места депонирования, т.е. накопления, углерода и источники выделения СО₂ в атмосферу, причем нужны точные количественные данные. Потому одна из наших задач — дать оценку изменения фитомассы древесной растительности на изучаемых территориях.

Фитомасса дерева — это совокупная масса всех его компонентов (ствол, крона, корни). Есть методики, позволяющие выявить зависимость между параметрами дерева (диаметром и высотой ствола, размером кроны) и его фитомассой. Измеряя на пробных площадях параметры деревьев, мы можем определить фитомассу каждого из них, а затем рассчитать фитомассу древостоев на единицу площади. А измерив годичные приросты стволов деревьев, также можно отследить, как менялась фитомасса древостоев на верхнем пределе их произрастания в последнем столетии. Наши прежние исследования показали, что за этот период запасы фитомассы высокогорных древостоев на Урале увеличились на десятки тонн на гектар.

Однако углерод депонируется не только в самих деревьях, но и в почве. Совместно с коллегами из Швейцарии мы изучаем, как трансформируются почвы в результате сдвига верхней границы леса в горах.

— Климат нашей планеты определяет прежде всего солнечное излучение, а также многие другие природные факторы, например, вулканическая активность. Но и человечество на современном этапе, безусловно, не может не оказывать влияния на климатические процессы. Нынешнее глобальное потепление значительно отличается от расчетного. В последние 200 лет мы сожгли значительную часть запасов газа, нефти, угля, которые накапливались в недрах Земли миллионы лет. Увеличение в атмосфере количества парниковых газов — неоспоримый факт, и человечество вносит в этот процесс определенный вклад.  Однако масштабы антропогенного воздействия на климат оценить сложно, пока нет разветвленной сети наблюдений и соответственно достаточного количества достоверных данных о потоках углерода и местах его депонирования. Современные климатические модели несовершенны, построены на отрывочных фактах, вокруг этой проблемы масса спекуляций. Нужно системно исследовать реальные процессы, и на основе этого разрабатывать научно обоснованную концепцию климатических изменений и факторов, их определяющих.