Лесные пожары регулярно модифицируют запасы пирогенного углерода в почвах. Но немногие почвы в силу сложности и разнонаправленности происходящих в них процессов последовательно записывают историю пожаров.

В ходе исследования термопросадочных котловин на краевых ледниковых образованиях юга Кольского полуострова (Терские Кейвы) учёными Института географии РАН были обнаружены почвы, которые на протяжении 10 тыс. лет последовательно записывали информацию о локальных лесных пожарах. Такая информация позволила не только узнать, когда леса горели чаще, но и выявить фазы интенсивной секвестрации (долгосрочного хранения) пирогенного углерода в почвах, а также определить, как менялись химические свойства углистых частиц на протяжении тысячелетий. Результаты опубликованы в научном журнале «Catena».

Наиболее древние пирогенные горизонты относятся к периоду 10 700–10 200 кал. л.н. Они содержат обугленные остатки хорошо выраженных корневых систем. В это время, вскоре после отступания ледника, было уже достаточно растительной биомассы для интенсивного горения, продуцирования большого количества углистых частиц и значительной секвестрации пирогенного углерода в почвах. Основная фаза горения древесной биомассы приходится на середину голоцена — период 7000–5000 кал. л.н.

«Повышение продуктивности экосистем в это время предоставило больше ресурсов для роста численности населения, — отмечает главный автор исследования, в.н.с. отдела географии и эволюции почв Института географии РАН Никита Мергелов. — На юге Кольского полуострова основная масса неолитических стоянок была расположена на среднеголоценовых морских террасах, например, поселение Чаваньга I –(6360±80 кал. л.н.) находится в 40 км от ключевых участков исследования на Терских Кейвах. Поэтому мы не можем исключить связи среднеголоценовых пиков пирогенно-эрозионной активности в нашей хронологии палеопожаров с растущим присутствием человека в регионе в период 7000–5000 кал. л.н. Однако его экономика в значительной степени основывалась на охоте, рыбной ловле и собирательстве без земледелия, что предполагает незначительное влияние на лесные пожары».

Авторы исследования отмечают, что удаленность Терских Кейв от побережья предполагает лишь их эпизодическое посещение. Хотя антропогенный фактор мог усилить пожарную активность, он вряд ли был основной причиной беспрецедентной плотности фаз пирогенно-эрозионной активности, зафиксированной в среднеголоценовых почвах Терских Кейв юга Кольского полуострова. Чтобы вызвать пожар, требовались благоприятные начальные условия — по крайней мере, хороший запас топлива, а это функция климата. В целом в высокоширотных бореальных экосистемах климатические параметры и растительность более значимы для динамики пожаров в тысячелетнем масштабе, чем антропогенный фактор.

«Мы обнаружили, что в песчаных почвах хорошо дренированных ландшафтов концентрация органического углерода в углистых частицах остается стабильно высокой на протяжении тысячелетий, — говорит Никита Мергелов. — Угли теряют органический углерод в первые сотни лет после пожара, когда концентрация Сорг быстро снижается с первоначального уровня 78,4–87,1% до равновесных значений 70,7±2,9% (±1 стд. откл., n=71). Далее этот уровень поддерживается на протяжении тысячелетий. Первоначальное снижение мы объясняем ускоренным разложением недогоревших растительных биополимеров и наименее конденсированных ароматических фрагментов, обладающих недостаточной химической стабильностью. Полученные нами результаты по трансформации углистой фракции пирогенного углерода в естественных условиях на протяжении тысячелетий уникальны для песчаных почв бореального пояса и служат важным дополнением к ранее опубликованным итогам краткосрочных экспериментов по скоростям деградации углей в лабораторных условиях».

При помощи рамановской микроспектрометрии учёные идентифицировали внутренние фрагменты углистых частиц микронного размера с наиболее полно сохранившейся химической структурой без признаков существенного воздействия таких факторов как окислительное выветривание и контаминация аллохтонным органическим веществом. Хотя большая часть хорошо сохранившихся древесных углей относилась к последнему тысячелетию, а также к среднему голоцену, в некоторых углях раннеголоценового возраста по-прежнему сохранялись фрагменты с малонарушенной структурой, сформировавшейся при исходном температурном воздействии.

По параметрам рамановских спектров (соотношение высот пиков D и G), полученным от таких фрагментов, реконструированы температуры, которым подвергалась древесина в ходе древних пожаров. Среди углистых частиц возрастом ~10 700–300 кал. л.н. преобладали высокотемпературные угли, которые образовались при ~700°С и выше. В таких температурных условиях формируются устойчивые ароматические структуры, которые обуславливают хорошую сохранность и стабильно высокое содержание органического углерода (~70%) в углистых частицах, даже при их нахождении в почве долгое время. Хронология хорошо сохранившихся фрагментов углистых частиц предполагает многочисленные эпизоды интенсивного горения древесной биомассы в голоцене. Следует учитывать, что высокотемпературные угли имеют более плотный скелет и повышенную пористость, за счёт чего они более подвержены эрозионному переносу и избирательному накоплению в почвах аккумулятивных позиций.

Источник: ИГ РАН.