Как лесные пожары меняют химический состав почвы

Крупные, продолжительные лесные пожары, ставшие в последние годы обычным явлением, могут вызывать изменения в химическом составе почвы, влияющие на загрязнение воды, качество воздуха и рост растений. Однако эти изменения плохо отслеживаются и редко учитываются в мероприятиях по восстановлению после пожаров или оценках рисков, согласно обзорному исследованию, опубликованному 14 мая в Nature Reviews Earth & Environment.

Исследование, проведенное учеными из Стэнфордского университета и Университета штата Колорадо, показало, что необходимы более совершенные методы мониторинга изменений в почве и окружающих экосистемах. Это позволит принимать более обоснованные решения о методах очистки питьевой воды из пострадавших районов, поддержке лесовосстановления и защите рабочих от токсинов во время очистки, восстановления или рекультивации территорий.

«В нашем исследовании мы объединяем органическую и неорганическую химию, в то время как большая часть исследований пожаров обычно рассматривает только одну предметную область», — отметила почвенный биогеохимист Клаудия Авила, соавтор исследования.

Воздействие на климат и экосистемы

Обзор подчеркивает данные исследований, свидетельствующие о том, что пожары могут выбрасывать в атмосферу больше углекислого газа (CO₂), способствующего потеплению планеты, чем предполагалось ранее. Обугленные остатки древесины и других органических материалов, известные как черный углерод (black carbon), могут не удерживать CO₂ в течение длительных периодов, как надеялись ученые.

«Углерод, прошедший через лесные пожары и превратившийся в черный углерод, на самом деле может легче превращаться микробами в углекислый газ, чем считалось ранее», — пояснил профессор Скотт Фендорф.

Пожары могут иметь и положительные последствия для экосистем, например, увеличивать содержание азота в почвах. Однако восстановление растительности зависит от наличия определенных химических веществ. Например, для прорастания многих семян необходимы особые органические молекулы, образующиеся в почве во время пожаров, — каррикины (karrikins).

Другие исследования, включенные в обзор, показали, что пожары могут вдвое увеличивать концентрацию в почве токсичных полициклических ароматических углеводородов, которые могут ингибировать восстановление растительности. Пожары также могут изменять химические свойства неорганических материалов, например, металлов в почвах, переводя их в опасные формы, которые легко перемещаются в окружающей среде.

Ученые зафиксировали высокие уровни опасной формы металла хрома на местах пожаров, образовавшейся в результате термоиндуцированной трансформации естественных, безвредных форм хрома. После низкоинтенсивных пожаров остатки растительных и животных тканей в почве могут способствовать возвращению токсичной формы хрома в инертное состояние.

Прогнозирование и смягчение рисков

Более широкий мониторинг и моделирование могут помочь в разработке стратегий защиты. «Определив район с высоким потенциалом, скажем, высвобождения хрома, мы можем рекомендовать проведение контролируемых выжиганий низкой интенсивности, чтобы снизить риск возникновения высокоинтенсивных пожаров, высвобождающих токсины», — приводит пример Клаудия Авила.

«Если мы сможем понять сложность взаимосвязанных процессов, происходящих как на органической, так и на неорганической стороне, это даст нам возможность прогнозировать результаты при различных условиях пожара, ландшафта и геологии», — заключил Скотт Фендорф.