Лесные пожары меняют углеродный баланс планеты быстрее, чем предполагали климатологи

Лесные экосистемы аккумулируют больше углерода, чем вся атмосфера Земли. Это означает, что даже относительно небольшое изменение углеродных запасов в лесах способно существенно повлиять на глобальный углеродный обмен между биосферой и атмосферой. Когда лес горит, углерод, накопленный в древесине за десятилетия и столетия, соединяется с кислородом и превращается в углекислый газ, поступающий в атмосферу. Но процесс не заканчивается с последним языком пламени. Погибшая, но несгоревшая древесная масса разлагается в течение нескольких лет, продолжая выделять углекислый газ. Часть древесины окисляется не полностью, образуя окись углерода и метан — газы, которые наносят дополнительный вред и со временем тоже превращаются в углекислый газ. Выделение углекислого газа продолжается долго после того, как пожар потушен, пока в нарушенной экосистеме не установится новое равновесие и она снова не начнет поглощать выбросы из атмосферы.

Глобальный ежегодный выброс углекислого газа от лесных пожаров оценивается в диапазоне от 6,5 до 11 миллиардов тонн. Для сравнения: все мировые выбросы от сжигания ископаемого топлива составляют около 9 миллиардов тонн углерода в год. Иными словами, лесные пожары — это полноценный игрок на углеродном рынке планеты, сопоставимый по масштабам с промышленностью. При этом около 80 процентов углерода, выделившегося при пожарах, поглощается растительностью в последующие вегетационные периоды, но оставшиеся 20 процентов остаются в атмосфере и напрямую способствуют накоплению парниковых газов.

Особую тревогу у климатологов вызывают бореальные леса — гигантский пояс, опоясывающий Северное полушарие через Россию, Канаду и Аляску. Эти экосистемы содержат примерно две трети всего лесного углерода планеты, значительная часть которого заперта в органических почвах. Последствия лесных пожаров здесь особенно тяжелы. В 2021 году бореальные леса выбросили 0,48 миллиарда тонн углерода, что на 150 процентов превысило среднегодовые показатели за предыдущие двадцать лет. Причем в бореальной Евразии было выброшено 0,31 миллиарда тонн, а в североамериканской части — 0,17 миллиарда тонн. Эта аномалия оказалась крупнее любой ежегодной аномалии тропических пожаров с 2000 года. А 2023 год установил новый рекорд: выбросы от канадских бореальных пожаров более чем в девять раз превысили средний показатель за 2001–2022 годы.

Глобальное потепление в высоких широтах происходит примерно вдвое быстрее, чем в среднем на планете. Это ведет к удлинению пожароопасного сезона, учащению грозовых разрядов и снижению влажности как горючих материалов, так и почв. Исследования фиксируют прямую связь между климатическим дефицитом влаги и масштабами пожаров, причем бореальные экосистемы Евразии демонстрируют более высокую чувствительность к засухам, чем их североамериканские аналоги. Климатические модели указывают, что в будущем частота экстремальных засух будет только расти, а значит, будет усиливаться положительная обратная связь: потепление вызывает пожары, пожары выбрасывают углекислый газ, углекислый газ усиливает потепление.

Тропические леса демонстрируют противоположную динамику. С 2000 года выбросы от пожаров в этом регионе несколько снизились. Однако это снижение не связано с улучшением ситуации — оно отражает сокращение площади самих лесов из-за обезлесения и фрагментации ландшафтов под сельское хозяйство. Влажные тропические леса, которые раньше были мощным поглотителем углерода, постепенно уступают место пастбищам и плантациям, где гореть уже практически нечему.

Для оценки реальных масштабов проблемы критическое значение имеет пространственное разрешение спутниковой съемки. Грубое разрешение в 500 метров и 375 метров, которым обладают основные спутниковые системы (MODIS и VIIRS), не позволяет надежно различать лесные и нелесные пожары, а также обнаруживать небольшие очаги возгорания. Сравнение данных с разрешением 20 метров (Sentinel-2) и 500 метров (MODIS) для Африки показало, что при детальной съемке выявляется на 80 процентов больше сгоревших площадей, и это приводит к завышению оценок выбросов углерода на 31–101 процент. Картирование потерь лесов от пожаров с 30-метровым разрешением за 2001–2019 годы показало, что пожары стали причиной 26–29 процентов глобальной утраты лесного покрова — выше, чем предыдущие оценки в 21–25 процентов.

В Северной Америке площадь лесных пожаров за последние 60 лет практически удвоилась, а количество крупных пожаров площадью более тысячи квадратных километров существенно возросло. Прогнозы до 2050 года варьируются в широких пределах: рост выгоревших площадей на Аляске ожидается на 24–169 процентов, в канадских бореальных лесах — на 36–150 процентов. При сохранении текущего уровня пожаротушения суммарные выбросы углекислого газа в бореальной Северной Америке составят от 1,33 до 11,93 миллиарда тонн. Усиление противопожарных мер потенциально способно снизить этот диапазон до 0,89–3,87 миллиарда тонн. Средняя стоимость предотвращения выброса одной тонны углекислого газа оценивается в 12,63 доллара США, а для поддержания выбросов на историческом уровне Аляске потребуется ежегодно инвестировать около 696 миллионов долларов.

Россия, владеющая 815 миллионами гектаров леса, представляет собой отдельную и крайне тревожную историю. Спутниковые данные за 2001–2020 годы показывают, что реальная площадь сгоревших лесов почти на 96 миллионов гектаров превышает официальную статистику. Причина в том, что российские национальные кадастровые отчеты не учитывают выбросы из резервных лесов — территорий площадью более 417 миллионов гектаров, где противопожарная охрана отсутствует. На эти леса, составляющие около 43 процентов всех лесов страны, приходится примерно половина всех выбросов углекислого газа от пожаров. В то время как официальные отчеты заявляют о среднегодовых выбросах в 298 миллионов тонн углекислого газа, данные Copernicus Atmosphere Monitoring Service фиксируют реальные выбросы на уровне 659 миллионов тонн в год. Таким образом, около 55 процентов реальных выбросов остаются вне официальной отчетности. Пожары в резервной зоне увеличили среднегодовые выбросы с 25 миллионов тонн в 2004–2010 годах до 92 миллионов тонн в 2016–2021 годах.

Ученые связывают эту ситуацию с последствиями Лесного кодекса 2006 года, который фактически демонтировал систему государственной лесной охраны. В качестве контрпримера приводится Оренбургская область, где летом 2010 года, несмотря на экстремальную жару выше 40 градусов, не погиб ни один гектар леса — региональные власти по согласованию с губернатором отложили введение нового кодекса и сохранили лесную охрану, что позволило тушить все пожары на ранней стадии. Хотя более 87 процентов лесных пожаров в России возникает по вине человека, без профессиональной лесной охраны эти возгорания превращаются в катастрофы.

Китай демонстрирует пример эффективной государственной политики. Благодаря системным мерам по предотвращению лесных пожаров, выбросы углекислого газа от лесных и кустарниковых пожаров с 2001 года демонстрируют устойчивое снижение на 0,43 миллиона тонн в год. Среднегодовой объем выбросов за период 2001–2022 годов составил 31,5 миллиона тонн, что эквивалентно 0,52 процента выбросов от сжигания ископаемого топлива в стране. С 2011 по 2021 год лесные пожары в материковом Китае привели к выбросам 46,9 миллиона тонн углеродсодержащих газов, причем углекислый газ составил около 89,8 процента от общего объема. Однако выбросы на пахотных землях, связанные с сельскохозяйственными палами, показывают четкую тенденцию к росту — эта проблема требует отдельного решения.

Глобальный анализ, объединяющий 414 лесных экорегионов в 12 лесных пиромов — кластеров со сходными механизмами контроля пожаров, — выявил контрастные региональные тенденции. За 2001–2023 годы выбросы от лесных пожаров в мире выросли на 60 процентов, причем основной вклад внесли именно внетропические регионы. Это свидетельствует о том, что климатический контроль над лесными пожарами начинает преобладать над человеческим фактором, который доминирует в тропиках. Во внетропических лесах наблюдается не только расширение площадей, охваченных огнем, но и значительное увеличение интенсивности самих пожаров, измеряемой по выбросам углерода на единицу сгоревшей площади.

Моделирование глобального биогеохимического цикла показывает, что к 2100 году концентрация углекислого газа в атмосфере вырастет примерно в 2,8 раза по сравнению с доиндустриальным уровнем даже при гипотетическом отсутствии лесных пожаров. Но с учетом пожаров этот показатель достигнет почти 3,5-кратного увеличения. Причем до 2070 года вырубка лесов дает больший вклад в рост концентрации углекислого газа, чем пожары, однако с 2085 года, по мере усиления глобального потепления, влияние пожаров начинает обгонять влияние вырубки. Это означает, что положительная обратная связь между потеплением и лесными пожарами с каждым десятилетием будет усиливаться.

Одним из ключевых вызовов остается несовершенство методик учета. Существующая норма учета выбросов от естественных лесных пожаров все больше расходится с наблюдаемым ростом выбросов, связанным с антропогенным изменением климата. Это создает разрывы между официальными национальными отчетами в рамках Рамочной конвенции ООН об изменении климата и бюджетами, построенными на основе спутниковых наблюдений и моделирования. Возникает потенциальная возможность существенного завышения углеродных кредитов в схемах лесовосстановления, особенно во внетропических лесах, если растущий пожарный риск не будет учитываться в протоколах аккредитации.

Ученые подчеркивают, что лесные пожары и изменение климата — это взаимосвязанные концепции, которые нельзя рассматривать изолированно. Ограничение роста глобальной температуры до 1,5 градуса Цельсия, зафиксированное Парижским соглашением, требует достижения чистого нуля выбросов углекислого газа к середине столетия. Лесные пожары, особенно в бореальных лесах, где накоплены огромные запасы углерода, способны существенно осложнить достижение этой цели. По некоторым оценкам, увеличение активности пожаров только в северных районах Северной Америки может привести к чистым потерям углерода, эквивалентным 0,3–3 процента от оставшегося запаса углерода, допустимого для удержания глобального потепления в пределах 1,5 градуса.

Мониторинг и моделирование выбросов при пожарах имеют решающее значение для понимания углеродно-климатических обратных связей, влияющих на температуру поверхности Земли. Однако точный и своевременный мониторинг остается сложной задачей. Аэрозольные выбросы мешают спутниковым наблюдениям, а грубое пространственное разрешение сенсоров не позволяет обнаруживать небольшие пожары. Использование коэффициентов выбросов из справочных таблиц для усредненных по биомам уровней может искажать информацию о реальных условиях горения. В качестве альтернативы ученые используют данные об окиси углерода, которые лучше выделяются на фоновом уровне и позволяют косвенно отслеживать выбросы углекислого газа, особенно при экстремально интенсивных пожарах.

Восстановление лесных экосистем после пожаров занимает десятилетия или даже столетия. Особенно страдают органические почвы бореальных лесов, где углерод накапливался тысячелетиями. По мере сокращения интервала между пожарами эти почвы выделяют больше углерода, чем экосистемы успевают поглотить. В результате бореальные леса, бывшие глобально важным поглотителем углерода на протяжении примерно шести тысяч лет, рискуют превратиться в чистый источник выбросов. Ученые говорят о достижении «критической точки лесных пожаров», за которой экосистемы могут потерять способность к восстановлению. Адаптивное управление лесами, усиление противопожарной охраны в критических регионах и, главное, сокращение выбросов ископаемого топлива — вот основные направления, способные разорвать опасную связь между потеплением климата и эскалацией лесных пожаров.

Источник: Исследование, опубликованное в журнале «Биосфера»