Ледовая летопись показала, что человеческая деятельность способствует уменьшению лесных пожаров



Пробы льда Антарктиды дают информацию о составе древних атмосфер. Данные со станций, отмеченных красными кружками, послужили основой для изучения концентрации и источников атмосферного угарного газа (CO) за последние 650 лет. Фотография из GoogleEarth

На основе проб антарктического льда ученые оценили, как менялось количество угарного газа в атмосфере в течение последних 650 лет. Динамика CO сопоставима с потеплениями и похолоданиями климата на этом временном интервале: во время Малого ледникового периода в 1600–1800-х годах регистрируется минимум CO. Изотопные данные свидетельствуют, что основным фактором, влияющим на концентрацию угарного газа в атмосфере, является сгорающая растительная биомасса. Количество лесных и степных пожаров в прежнее время полностью зависело от климатических изменений — теперь же, как показывают расчетные данные, во многом ограничивается человеческой деятельностью.

Антарктический лед — это своего рода летопись атмосфер прошедших времен. Антарктические льды, как известно, накапливались несколько сотен тысячелетий (см.: Антарктический лед поведал о содержании метана и CO2 в атмосфере Земли за последние 800 тысяч лет, «Элементы», 22.05.2008).

Лед, образующийся из атмосферных осадков, улавливал окружающий воздух и неизменно сохранял его. Поэтому ледяные пузырьки можно считать идеальными пробами прошлых атмосфер. В связи с пристальным изучением современного потепления и попытками построить климатические модели внимание к этой атмосферной летописи неизменно высокое.

Группа специалистов из Университета Стоуни-Брук (Нью-Йорк, США) и Лаборатории гляциологии и геофизики окружающей среды Гренобльского университета (Франция) представили картину изменения угарного газа в Южном полушарии за последние 650 лет. Они использовали данные по составу воздуха, заключенного во льдах Антарктиды. Ученым важно было не только определить концентрацию угарного газа, но и выяснить его генезис. Первая задача выполняется прямыми измерениями состава воздуха во льду, а вторая требует привлечения косвенных показателей. В данной работе в качестве таких косвенных показателей использовался изотопный состав кислорода и углерода в пробах воздуха.

Динамика трех показателей за последние 650 лет: концентрация CO, изотопный состав углерода и кислорода. Все три показателя имеют минимум в середине тысячелетия, в 1500–1700-е годы. Это период эпохи Малого оледенения (показана серой полосой). Графики из обсуждаемой статьи Z. Wang et al. в Science

Три показателя демонстрируют удивительно сходную динамику на протяжении 650 лет. Все они имеют хорошо выраженный минимум в 1500–1700-х годах, достигая локального максимума к 1900 году. Минимум совпадает с наступлением Малого ледникового периода в середине прошлого тысячелетия. Различия мы видим на последнем отрезке этой временной прямой — во второй половине XX века. Наше поколение за последние три десятилетия наблюдало относительно стабильный уровень CO, но при этом углерод и кислород обогатились легкими изотопами. В прежние времена, согласно этим данным, увеличение концентрации CO сопровождалось изотопным утяжелением углерода и кислорода, и наоборот — при снижении концентрации углерод и кислород обогащались легкими изотопами. Диспропорция последних декад, по мнению ученых, вызвана изменением соотношения источников CO.

Известно, что атмосферный угарный газ складывается из трех основных источников. Первый — окисление атмосферного метана и других углеводородов.

Второй — это неполное сгорание ископаемого топлива, а третий — неполное сгорание растительной массы. Как разделить эти три источника? Про сгорание ископаемого топлива известно, что до 1900 года вклад этой компоненты в общий бюджет углекислого и угарного газа в атмосфере был ничтожным. В современную атмосферу Антарктического региона сгорание топлива приносит около 2–3 ppbv (parts per billion by volume).

Остаются окисление метана и сгорание биомассы. Различить эти два источника помогает изотопное соотношение кислорода. При сгорании биомассы получается обогащенный легкими изотопами кислород, при окислении метана — более изотопно плотный кислород. Учитывалось также, что окисление других углеводородов, согласно модельным расчетам, оставалось и остается примерно постоянным за весь представленный интервал времени.

Дополнительные данные показывают, что в современном мире уровень угарного газа поддерживается за счет окисления метана: вообще, концентрация метана в атмосфере увеличилась примерно вдвое за последнее столетие. Правда, до этого его концентрация оставалась более или менее постоянной.

Зато сгорание растительной массы во второй половине XX века резко сократилось, как это следует из снижения δ¹⁸О.

Таким образом, ученые пришли к выводу, что содержание CO изменялось под влиянием двух основных факторов — климата и человека. В Средние века концентрация CO была относительно высокой, затем, при наступлении прохладной эпохи Малого оледенения, она понизилась. Основной причиной снижения количества CO при похолодании стало уменьшение сгорающей биомассы. Вероятно, тут сыграло роль также общее уменьшение растительной биомассы (и, следовательно, снижение риска пожаров) и увеличение количества осадков при похолодании. Как только климат стал теплее, вегетация ускорилась, дождей стало меньше — отсюда и увеличение числа пожаров, запись о которых хитрым образом сохранили антарктические льды.

На потепление наложился эффект популяционного роста: люди принялись усиленно использовать дрова и уголь; в результате суммарная оценка сгоревшей биомассы в конце XIX — начале XX века оказалась максимальной. Этот максимум конца XIX столетия также хорошо регистрируется по количеству захороненных в антропогенную эпоху углей (т. н. charcoal record; см. ниже на графике).

Сопоставление количества захороненного угля (см. J. R. Marlon et al., 2008) и оценок сгоревшей растительной биомассы за последние 650 лет, рассчитанных по CO. В работе Марлона с коллегами показано, что количество угля на всех континентах и в обоих полушариях менялось синхронно. График из обсуждаемого синопсиса «The Burning Issue» в Science

Зато за последнее столетие количество сгоревшей биомассы достигло рекордного минимума. Даже во время климатического минимума в 1700-х годах сгорало большее количество растительности. Ученые утверждают, что это результат интенсивного метода ведения хозяйства и строгих мер контроля за лесными пожарами, предпринятых человечеством.

В дальнейших рассуждениях о глобальном потеплении результаты этого исследования должны учитываться по крайней мере по двум причинам. Первая — человеческая: интенсивность лесных пожаров при потеплениях обязательно увеличивалась; вместе с тем человеческая деятельность способствовала не увеличению числа пожаров, как предполагалось раньше, а, напротив, их сокращению. Так что политика предотвращения лесных пожаров становится как нельзя более актуальной.

Вторая причина, скорее, академическая и имеет отношение к параметризации климатических моделей. Концентрация угарного газа в атмосфере связана напрямую с количеством тропосферного озона, который, в свою очередь, влияет на формирование климата. Оценки CO в доиндустриальную эпоху связывали с человеческой деятельностью, и на этой основе подсчитывали параметры климатических моделей. Теперь придется эти параметры скорректировать с тем расчетом, что в доиндустриальную эпоху именно климат влиял на CO, а не популяционные характеристики.

Источники:
1) Z. Wang, J. Chappellaz, K. Park, J. E. Mak. Large Variations in Southern Hemisphere Biomass Burning During the Last 650 Years // Science. 2010. V. 330. P. 1663–1966.
2) Iain Colin Prentice. The Burning Issue // Science. 2010. V. 330. P. 1636–1637.

См. также:
Я. Э. Юдович, М. П. Кетрис. Соотношения изотопов углерода в стратисфере и биосфере: четыре сценария — хорошая статья об изотопном фракционировании С в геобиохимических циклах.

Елена Наймарк