Niemal każdego roku pożary tajgi na terenie Rosji zwiększają swój zasięg. W 2021 r. został pobity poprzedni rekord z 2012 r. i to sporo przed końcem sezonu pożarowego: dane z połowy sierpnia wskazywały, że zniszczeniu uległo ok. 17 mln ha lasów. Dymy znad Syberii przemieszczały się tysiące kilometrów dalej i dotarły nawet nad Biegun Północny. Rok 2022 zapowiada się podobnie źle. Już pod koniec kwietnia wybuchły pierwsze poważne pożary, a płomienie objęły obszar dwukrotnie większy niż w tym samym czasie w 2021 r. W związku z pogarszaniem się sytuacji, na początku maja został ogłoszony stan wyjątkowy m.in. w Kraju Krasnojarskim i Chakasji. W miastach Nowosybirsk, Omsk i Krasnojarsk pojawiły się chmury dymu zanieczyszczając powietrze. Setki domów uległo spaleniu, odnotowano też pierwsze ofiary śmiertelne żywiołu. Nie jest to jednak tylko problem lokalny: pożary na Syberii i w całej Arktyce napędzają tajanie wieloletniej zmarzliny, a tym samym (poprzez sprzężenie zwrotne) – globalne ocieplenie. 

Strażak gaszący pożar w Syberii.
Ilustracja 1. Strażak gaszący pożar w obwodzie kurgańskim, maj 2022, źródło: Emercom Rosja

W skutych zmarzliną gruntach Arktyki (północna Syberia jest jej częścią), znajduje się prawie 1700 Gt (gigaton; 1 Gt = 1 miliard ton) organicznego węgla, z czego większość w górnych 3 m gruntu, a około 1/3 głębiej. Jego ewentualne uwolnienie do atmosfery w postaci gazów cieplarnianych CO2 (dwutlenku węgla) i CH4 (metanu) przyśpieszyłoby ocieplenie klimatu. Z drugiej strony, rosnąca temperatura Ziemi zagraża stabilności tego ogromnego magazynu w wieloraki sposób (zobacz: Topnienie zmarzliny niszczy lądowe magazyny węgla). Ocieplenie nie tylko powoduje fizyczne tajanie zmarzliny, ale m.in. stwarza coraz dogodniejsze warunki do powstawania tam pożarów. Ich wpływ, choć jeszcze nie do końca dokładnie rozumiany przez naukowców, wydaje się być większy, niż do tej pory sądzono (Turetsky i in., 2020, Miner i in., 2022). 

Ilustracja 2. Lądowe magazyny węgla i jego zawartość w atmosferze. Powierzchnia kółka wskazuje wielkość magazynu, liczby podane są w gigatonach (1 Gt = 1 miliard ton). Jedoma to zmarzlina bogata w materię organiczną i lód (zawartość lodu 50-90%), typowa dla wielkich obszarów Syberii i Alaski. Źródło: Strauss i in., 2017

Pożary w Arktyce – to prawdziwa inwazja

Liczba pożarów, a także ilość emitowanych w czasie ich trwania gazów cieplarnianych, jest na obszarze Syberii większa niż na Alasce i w Kanadzie. Co roku na Syberii zniszczeniu ulega od ok. 5 do ok. 20 mln ha terenów naturalnych, a średni wypalony obszar był w latach 2011-2020 ponad 2 razy większy, niż jeszcze na początku XXI w. 

Związane z tym emisje węgla wahały się w ostatnich dwóch dekadach w szerokim zakresie od 0,02 do 0,22 Gt węgla (GtC) rocznie (średnio ok. 0,08 GtC), choć np. w roku 2020, w związku z długotrwała suszą, znacznie przekroczyły te wartości osiągając 0,35 GtC. Dla porównania w Kanadzie średnie roczne emisje to ok. 0,06 GtC.

Susze i fale upałów stają się coraz częstsze na północy globu, ponieważ Arktyka ociepla się trzykrotnie szybciej niż reszta planety (odpowiada za to efekt arktycznego wzmocnienia). Prognozy wskazują, że w 2050 r. średnia temperatura roczna będzie na Syberii co najmniej o 0,5 stopnia Celsjusza wyższa niż teraz, a w przypadku scenariuszy wysokich emisji nawet o 5 stopni (obecne tempo ocieplania południowej części Syberii to ok. 0.08 ̊C rocznie) (Ciavarella i in., 2020, Czerniawska i Chlachula, 2020). Ociepleniu towarzyszy wzrost liczby następujących po sobie dni suchych i zmniejszanie liczby występujących w ciągu roku dni wilgotnych, co zwiększa ryzyko pożarowe. 

Modele klimatyczne od ponad dekady prognozują „inwazję” pożarów na obszar Arktyki (rozumianej jako obszar o szerokościach geograficznych powyżej 66°N), a od 2015 r. wzrasta liczba dowodów na bezpośredni wpływ zmiany klimatu na pojawianie się dużych pożarów na początku sezonu. Z powodu wydłużania sezonu pożarowego i zwiększania wypalanego obszaru, średni poziom emisji z pożarów na obszarze całej Syberii (nie tylko części arktycznej) wzrośnie w 2030 r. według prognoz do ok. 0,25 GtC rocznie w przypadku ekstremalnych sezonów pożarowych i do ok. 0,11 GtC dla umiarkowanych. W 2050 r. może to być jeszcze więcej. 

W przypadku scenariusza zakładającego brak globalnych działań na rzecz ochrony klimatu (scenariusz wysokich emisji RCP8.5), w połowie XXI wieku emisje te mogą osiągnąć nawet 1,2-1,5 GtC rocznie. Taka dodatkowa “dostawa” gazów cieplarnianych to odpowiednik ok. 4-letnich emisji Polski (Justino i in., 2021, McCarty i in., 2021, Ponomarev i in., 2021, Popovicheva i in., 2021). (zobacz też: Tajga płonie. Coraz częściej)

Ilustracja 3. Anomalia wilgotności gleby i występowanie pożarów na półkuli północnej, czerwiec-sierpień 2021, źródło: raport European State of the Climate, 2021

Susze w tajdze i tundrze oraz ich konsekwencje

Wzrost temperatur i wydłużanie się okresów bezopadowych  sprzyja pojawianiu się pożarów ekstremalnych także pośrednio. Silne susze wiosenne i letnie prowadzą do osłabiania drzew, a nawet niewielki wzrost parowania może mieć znaczenie dla ich stanu zdrowotnego. W stosunkowo suchym środowisku wnętrza Syberii* tajająca latem zmarzlina, a dokładniej – jej warstwa czynna, w dużym stopniu dostarcza wody koniecznej dla wzrostu lasu Choć początkowo myślano, że głębsze rozmarzanie gleby wraz  ze wzrostem globalnej temperatury może rekompensować straty wilgoci wynikające z parowania, to obecnie uznaje się, że w scenariuszach średnich i wysokich emisji modele systemów ziemskich zaniżają wielkość parowania oraz przeszacowują obecną i przyszłą dostępność wody w lasach północy, więc na takie skompensowanie nie można liczyć.

Mniejsza ilość wody, a także większa presja ze strony owadów żerujących na roślinach oraz chorób, które w wyniku ocieplenia rozprzestrzeniają się na nowe obszary, powodują większą śmiertelność drzew. Ich zamieranie jest już obserwowane m.in. na południowej granicy zasięgu tajgi. Im więcej martwych drzew jest w lesie, tym więcej „paliwa” podsycającego ogień, czego skutkiem mogą być długotrwałe, silne pożary. 

W ostatnich latach wzrasta także częstość pożarów tundry, a sytuacja może się pogorszyć w przyszłości w wyniku susz, zmian rytmu występowania opadów, wkraczania drzew i krzewów, a także wzrostu liczby wyładowań atmosferycznych podczas burz. Spowoduje to, że pożary obszarów na północ od szerokości 60°N będą miały najprawdopodobniej największy wkład do wzrostu emisji z pożarów na Syberii (Tchebakova i in., 2009, Ponomarev i in., 2016, McCarty i in., 2021, Ponomarev i in., 2021).

Syberyjskie lasy
Lasy modrzewiowe stanowią około połowy lasów na Syberii. Lokalne gatunki są dobrze przystosowane do ekstremalnego klimatu kontynentalnego centralnej i wschodniej części regionu. Są w stanie rozwijać się na zmarzlinie, a modrzew dahurski jest jedynym drzewem mogącym rosnąć w miejscach, gdzie warstwa czynna gleby (sezonowo odmarzająca) ma jedynie 10-30 cm. 
Wilgoć zawarta w rozmarzającej latem warstwie pozwala na rozwój drzew w suchych warunkach Syberii, której tereny byłyby w innym przypadku pokryte stepem lub półpustynią. Pożary, szczególnie ekstremalne, utrudniają odrastanie lasu. Obserwowane jest to np. w reliktowych lasach sosnowych w górach Tuva, gdzie na niższych wysokościach drzewa są obecnie zastępowane przez trawy. Mają one krótszy cykl życiowy, łatwiej odradzają się po pożarach i są dobrze zaadaptowane do minimalnych opadów oraz susz. Siedliska leśno-stepowe i step mogą według prognoz zdominować nawet połowę powierzchni Syberii do 2080 r. w przypadku scenariusza RCP 8.5, co wpłynie m.in. na bilans węglowy regionu, a także wywoła zmiany hydrologiczne (Tchebakova i in., 2009, McCarty i in., 2021, Talucci i in., 2022).

Ilustracja 4. Stuletnie modrzewie (gat. Larix cajanderi Mayr) rosnące w pobliżu języka wystygłej lawy z wulkanu Anyui w północno-wschodniej Syberii. Fot.: Andreas Rigling/flickr, licencja CC BY-NC-ND 2.0

Pożary ogniste i tlące się

Pojawy intensywnych pożarów ognistych można odnotować nawet korzystając z danych satelitarnych. Dużo poważniejszym problemem w przypadku Syberii są jednak pożary trudne do wykrycia nie tylko z odległości, ale czasem nawet przez obserwatora znajdującego się tuż obok. To tlące się pożary torfowisk.

Torfowiska pokrywają znaczną część obszaru Syberii i są naturalnymi magazynami węgla (zobacz: Torfowiska – kolejne dodatnie sprzężenie zwrotne zmiany klimatu). Degradacja zmarzliny czy susze powodują odwadnianie torfowisk, a przesuszone torfowiska łatwo ulegają zapłonowi. Do tego mogą tlić się miesiącami, latami, a nawet dekadami. Taki pożar, niewidoczny lub słabo widoczny na powierzchni, rozprzestrzenia się w głąb i wszerz gleby, „przenosząc” się pod ziemią na nowe obszary, nawet jeśli na powierzchni wszystko wydaje się pozornie ugaszone. 

Pożary “zombie”

W sprzyjających warunkach pożar tlący się, może przerodzić się w ognisty, wypalając drzewa i krzewy.  Im cięższy był pożar torfowiska, tym większe jest ryzyko, że uda mu się przetrwać  zimę na północy globu. Obserwacje pokazują, że niektóre nie wygasają nawet przy temperaturach spadających poniżej −35°C. Są to tzw. pożary „wstrzymane” („zimujące”, „zombie”). Naukowcy podejrzewają, że np. część z najwcześniejszych pożarów w maju 2020 r. dookoła zamarzniętego jeziora termokrasowego w Jakucji, mogła wybuchnąć właśnie w wyniku „odżycia” pożarów z poprzedniego sezonu (McCarty i in., 2021, Rein i Huang, 2021). 

Ilustracja 5. Cztery  etapy „zimujących” pożarów terenów naturalnych wywołanych żarzeniem się gleb organicznych w Arktyce. Źródło: Rein i Huang, 2021

Toksyczny dym

Dotychczas  badania naukowe głównie skupiały  się przede wszystkim na łatwiejszych do wykrycia pożarach ognistych. Jednak te tlące się wzbudzają coraz większe zainteresowanie, gdyż powodują zanieczyszczenie powietrza na dużych obszarach, istotne emisje węgla, oraz są trudne do wykrycia i zduszenia, a wszystko to powoduje, że mogą mieć spory wpływ na klimatu.

Ponieważ spalanie w pożarach tlących jest niecałkowite, pochodzący z nich dym zawiera obok CO2 dużą ilość CO, NH3 i pyłów zawieszonych. Żarzący się torf jest źródłem lotnych związków organicznych, m.in. wielopierścieniowych węglowodorów aromatycznych, które są dobrze znanymi substancjami rakotwórczymi, teratogennymi i mutagennymi, a także – w dużo większym stopniu niż pożary nadziemnej roślinności – źródłem emisji rtęci do atmosfery. Narażenie na oddychanie takim dymem powoduje wiele problemów zdrowotnych, głównie z układem oddechowym i krążenia, jest także przyczyną zwiększonej śmiertelności płodów i niemowląt. (zobacz też: Coraz więcej upałów w Polsce) (McCarty i in., 2021, Rein i Huang, 2021, Xue i in., 2021).

Zdjęcie przedstawia ulicę w Moskwie, która jest zasnuta ciężkim dymem z pożarów w Syberii.
Ilustracja 6. Moskwa zasnuta dymem z pożarów, sierpień 2010 r., fot.: Artem Svetlov/flickr, licencja CC BY 2.0

Czarny i brązowy węgiel a klimat Arktyki

Zanieczyszczenia zawarte w dymie są poważnym problemem nie tylko z punktu widzenia zdrowia ludzi. Sadza („czarny węgiel”, black carbon), pochodząca z niecałkowitego spalania biomasy (a także paliw kopalnych) w pożarach tlących się, pochłania promieniowanie słoneczne. Kiedy więc znajduje się w atmosferze zasadniczo podnosi jej temperaturę. Globalnie ten wpływ nie jest duży, choćby ze względu na krótki czas pobytu sadzy w powietrzu, jednak może mieć znaczenie dla klimatu Arktyki. Szacuje się, że sadza i aerozole siarczanowe podnoszą temperaturę powierzchni Arktyki o ok. 0,3oC, co stanowi ok. 20% obserwowanego ocieplenia tego regionu od wczesnych lat 80. Ponadto sadza, tak jak inne cząsteczki w atmosferze, wpływa na albedo (czyli na to, jaką część padającego na nią promieniowania chmura odbija), stabilność i czas utrzymywania się chmur, a tym samym na opady. Dodatkowo, osadzając się na jasnej powierzchni śniegu i lodu przyspiesza jego topnienie. Ten efekt może się utrzymywać przez wiele lat, a nawet dekad po pożarze. 

Badania przeprowadzone na Grenlandii pokazały, że w ostatnich 20 latach tutejszy lód i śnieg robiły się coraz „ciemniejsze”, a związany z tym spadek albedo wyspy może osiągnąć co najmniej 10% do końca wieku. Okazuje się, że wzrost „ciemnienia” Grenlandii nie ma związku z sadzą „aktualnie” zawartą w atmosferze, ale tą, która została naniesiona wcześniej na wyspę i zgromadziła się w śniegu.  Jak tłumaczy Marco Tedesco, profesor w Lamont-Doherty Earth Observatory i naukowiec pracujący w NASA Goddard Institute of Space Studies:

 “Topnienie uwalnia ciemne cząsteczki zgromadzone w pokrywie śnieżnej.Część [z nich] jest zmywana z wodą, ale 20-30% – zgodnie z naszą najlepszą wiedzą – zostaje na powierzchni lodu czy śniegu w czasie, gdy topnienie postępuje. […] Gdy topnienie zachodzi tak szybko, jak działo się to [na Grenlandii] w ciągu ostatnich 20 lat, to z powodu [tego] tempa topnienia większe znaczenie ma to, co już nagromadziło się w śniegu niż to, co pochodzi [aktualnie] z atmosfery”.

Ilustracja 7. Wizualizacja pokazująca aerozole w atmosferze w dn. 23 08 2018, kolor czerwony: sadza (pożary terenów naturalnych), kolor fioletowy: pył, niebieski: sól morska. Jasne punkty to światła miast. Źródło: NASA/Joshua Stevens/Adam Voiland/flickr, licencja CC BY-NC 2.0

Choć w przypadku Arktyki ponad 40% ilości sadzy osadzającej się na powierzchniach pochodzi ze spalania gazu w instalacjach wydobywczych (flaring), to emisje z pożarów lasów mają często niewspółmiernie duży wpływ na topnienie lodu. Są bowiem źródłem ponad połowy ilości sadzy emitowanej na północ od szerokości geograficznej 60°N, mają także miejsce głównie wczesną wiosną i latem, gdy ze względu na cyrkulację atmosferyczną, sadza może był łatwo transportowana nawet na tysiące kilometrów i osadzać się na lodzie morskim. Lód morski ma najniższy zasięg latem i wczesną jesienią; jest wtedy najbardziej wrażliwy na procesy wywołujące topnienie. Sadza nanoszona z pożarów lasów może więc w dużym stopniu „dokładać się” do zmniejszania pokrywy lodowej. 

Pożary terenów naturalnych są także źródłem „brązowego węgla” (cząsteczek powstających w wyniku spalania materii organicznej z roślin i gleby, powodujących m.in. że dym ma kolor żółtawy czy brązowy), a autorzy badania pod kierownictwem Siyao Yue wskazują, że również on może w dużej mierze przyczyniać się do nadzwyczajnego ocieplenia Arktyki w ostatnich dekadach. 

”Ku naszemu zaskoczeniu, analizy obserwacyjne i symulacje numeryczne pokazują, że nad Arktyką efekt ocieplający aerozoli z brązowym węglem [stanowi] nawet około 30% tego, co w przypadku sadzy” 

mówi współautor artykułu, Pingqing Fu, chemik atmosfery z Uniwersytetu Tianjin w Chinach. 

Rola „brązowego węgla” w Arktyce jest słabo przebadana i rozumiana, jednak podobnie jak w przypadku sadzy, należy się spodziewać, że jego emisje będą w przyszłości rosły. Uruchomione zostanie dodatkowe sprzężenie zwrotne, gdzie osadzanie się ciemnych cząsteczek na lodzie będzie powodować jego topnienie i zmniejszanie albedo (czyli spadek ilości promieniowania słonecznego odbijanego w kosmos), co będzie napędzać ocieplenie, które w konsekwencji przyniesie więcej pożarów, a tym samym więcej sadzy i „brązowego węgla” (Tedesco i in., 2016, McCarty i in., 2021, Popovicheva i in., 2021, Yue i in., 2022).

Ilustracja 8. Bagna w rezerwacie przyrody „Juganskij”, zachodnia Syberia, fot.: Tatiana Bulyonkova/flickr, licencja CC BY-SA 2.0

Uwalnianie „starożytnego” węgla

Kolejnym problemem związanym z pożarami tlącymi się jest to, że dzięki swojej długotrwałości mogą one spalić dużo więcej materii organicznej niż ogniste, a do tego w przypadku głębokich pożarów torfu może dochodzić do uwalniania „starożytnego” węgla (starszego niż 10 000 lat) zgromadzonego w torfie. Efekt jest więc podobny do spalania paliw kopalnych, bo ten węgiel został wyłączony z szybkiego cyklu węglowego tysiące lat temu – w okresie od ostatniego zlodowacenia. 

Szacunki zakładające dalszy wzrost globalnej temperatury o 0,44°C na dekadę (obecne tempo) pokazują, że sumarycznie, w całym XXI w., w wyniku pożarów torfowisk na północy globu może zostać uwolnione nawet 28 GtC. Będzie to generować kolejne dodatnie sprzężenie zwrotne w systemie klimatycznym, tym bardziej, że w cieplejszym klimacie gleby organiczne będą bardziej narażone na przesuszanie, a więc będą łatwiej ulegać zapłonowi. 

Co więcej, okazuje się, że choć temperatura pożarów tlących jest niższa (ok. 500-700°C) niż w przypadku pożarów ognistych (1500-1800°C), to żarzenie w dużo większym stopniu podgrzewa glebę. Pożary tlące przemieszczają się wolno (ok. 1 cm na godzinę, o 2 rzędy wielkości wolniej niż w przypadku pożarów ognistych), co powoduje długotrwałe (nawet ponad godzinę) utrzymywanie się wysokiej temperatury wierzchniej warstwy gleby. Gdy jest ona wyższa niż 450°C właściwie cały zawarty w niej węgiel organiczny zostanie wyemitowany do atmosfery. Gdy temperatura na powierzchni osiąga 700°C, temperatury powyżej 100°C mogą występować nawet na głębokości ponad 20 cm. Tymczasem już 50°C powoduje wysuszanie/zabijanie korzeni roślin, a nasiona giną przy 70–90°C. 

Skutkiem takiego przegrzania jest długotrwałe zaburzenie w ekosystemie. Zmienia się skład gatunkowy mikroorganizmów i fauny glebowej, tracone są składniki odżywcze z gleby, zaburzony zostaje cykl azotowy i węglowy oraz inne procesy biochemiczne, co może m.in. faworyzować rozwój innych niż do tej pory gatunków roślin (np.: drzew liściastych na obszarze lasów modrzewiowych). Podgrzanie gleby uruchamia także inne procesy mające wpływ na klimat, takie jak szybszy rozpad zmarzliny. (Turetsky i in., 2020, Chen i in., 2021, Li i in., 2021, McCarty i in., 2021, Rein i Huang, 2021).

Ilustracja 9. Lód i zamarznięte osady widoczne w wyeksponowanej jedomie, południowe wybrzeże Wielkiej Wyspy Lachowskiej. Źródło: Schirrmeister i in., 2013

Niestabilny grunt – wpływ pożarów na wieloletnią zmarzlinę

Na obszarze Syberii coraz częściej obserwuje się gwałtowne niszczenie zmarzliny w wyniku erozji wybrzeży, zapadania się gruntu (termokras) czy jego „spływu” (soliflukcja). Podczas gdy stopniowe topnienie zawartego w zmarzlinie lodu oddziałuje na glebę powoli, centymetr po centymetrze, to nagłe zjawiska mogą odsłonić warstwy zmarzliny z głębokości kilku metrów w czasie tak krótkim jak kilka dni. Prognozy pokazują, że o ile łączne emisje CO2 i CH4 w XXI w. ze stopniowego tajania zmarzliny będą wynosiły rocznie ok. 0,6-0,8 GtCO2e, to z gwałtownego – ok. 0,62 GtCO2e, choć nagłe rozmarzanie dotknie najprawdopodobniej mniej niż 20% powierzchni obszaru pokrytego zmarzliną. W drugiej połowie XXI w.  tworzenie termokrasu może przyspieszyć, ponieważ również tu mamy do czynienia z  dodatnim sprzężeniem zwrotnym: częstsze pożary sprzyjają osiadaniu gruntu, odsłanianie zmarzliny sprzyja jej tajaniu, co prowadzi do silniejszego ocieplenia i częstszych pożarów.

Ilustracja 10. Zatoka Chromska, północne wybrzeże Syberii, czerwiec 2009. Zielone „języki” to woda morska, która wdarła się w głąb lądu, białe i zielone „kropki” to jeziora termokrasowe, brązowe kropki – pozostałość po wyschniętych jeziorach termokrasowych. Źródło: NASA Earth Observatory/flickr, licencja CC BY 2.0

Ciężkie pożary powodują poważne szkody głównie w miejscach, gdzie zmarzlina nie jest ciągła lub występuje sporadycznie w postaci izolowanych fragmentów. Szczególnie niszczycielskie dla zmarzliny są pożary tlące. 

Obserwacje prowadzone na Alasce pokazały, że między rokiem 1950 a 2016 tempo tworzenia termokrasu wzrosło już o ok. 60%, a na wypalonych obszarach tundry pojawiało się średnio dziewięciokrotnie więcej (w m2 na ha) form termokrasowych niż na terenach niewypalonych. W przypadku tajgi do zapadania gruntu dochodziło nawet 30 lat po pożarze i prawie 80 lat w przypadku tundry. Tak długotrwały efekt to skutek zarówno pogrzania gleby podczas pożaru jak i zmian zachodzących na wypalonej powierzchni. Wyższa o kilka stopni w stosunku do niewypalonych obszarów temperatura gleby może utrzymywać się dekadami nawet na głębokości 1 m pod powierzchnią. 

Pożary powodują  zakłócenia stosunków wodnych w glebie i zmiany w jej strukturze zwiększające jej podatność na erozję. Jeśli mikrotopografia terenu dodatkowo ułatwia zatrzymywanie wody na powierzchni gleby, to więcej ciepła gromadzi i rozprzestrzeniania się w zamarzniętym gruncie (woda ma niskie albedo i wysoką przewodność cieplną). Odsłonięta w wyniku pożaru gleba jest też w dużo większym stopniu wystawiona na działanie promieniowania słonecznego. Powierzchnia gleby zostaje również pozbawiona efektu chłodzenia wynikającego ze spadku  parowania wody (ewapotranspiracja), a albedo powierzchni ulega gwałtownemu zmniejszeniu (w wyniku „zaczernienia”). W ten sposób bilans cieplny podłoża zmienia się w kierunku wzrostu strumienia ciepła wnikającego do podłoża (strumień ciepła glebowego)

Na wypalonych powierzchniach gromadzi się zimą więcej śniegu, który działa jak izolacja nie pozwalając „wychłodzić się” glebie. Natomiast wiosną znika on szybciej w takich miejscach ze względu na zabrudzenia sadzą i brązowym węglem, oraz na wyłaniające się zwęglone resztki roślin oraz brak zacienienia przez korony drzew. To wszystko powoduje dalsze nagrzewanie gleby – warstwa aktywna zmarzliny jest na takich obszarach grubsza, niż na nietkniętych. Skutkiem jest nie tylko większą aktywność mikroorganizmów glebowych, a więc szybszy rozkład materii organicznej (dodatkowe emisje CO2 i CH4), ale również wyższe ryzyko gwałtownego rozpadu zmarzliny. 

Uwzględnienie emisji z pożarów w prognozach emisji węgla z gleb i zmarzliny podwyższa je o 30% w stosunku do sytuacji, gdy uwzględnione jest samo ocieplenie (w przypadku scenariusza umiarkowanych emisji). Wywołane pożarami tajanie zmarzliny i idący za tym rozkład wcześniej zamarzniętej materii organicznej mogą więc stać się dominującym źródłem emisji węgla w Arktyce w najbliższych dekadach napędzając sprzężenia klimatyczne i zmiany ekologiczne. (Nitzbon i in. 2020, Turetsky i in., 2020, Chen i in., 2021, Li i in., 2021, McCarty i in., 2021, Natali i in., 2021, Runge i in., 2022, Talucci i in., 2022).

Ilustracja 11. Wpływ pożarów lasów na zmarzlinę, cykl węglowy i azotowy oraz procesy biochemiczne. DOC: rozpuszczony węgiel organiczny, DON: rozpuszczony azot organiczny. Źródło: Li i in., 2021.

Ponura przyszłość Syberii

Sprzężenia zwrotne uruchomione w Arktyce będą dalej napędzać wzrost temperatury Ziemi. Syberyjska tajga będzie w przyszłości jeszcze bardziej narażona na pożary, w tym coraz częściej na ekstremalne. Może to spowodować przekształcenie tego obszaru z „pochłaniacza” w źródło gazów cieplarnianych. 

Obecne prognozy dla obszaru Syberii są ponure, np. już w roku 2050 mogą pojawić się tutaj fizycznie niemożliwe do opanowania pożary wierzchołkowe (koron drzew), a powrót ekosystemów do stanu pierwotnego po pożarach może stać się w przyszłości w ogóle niemożliwy. W obecnym klimacie okres wysokiego zagrożenia pożarowego wynosi dla południowej Syberii 40–50 dni i 50–60 dni dla Jakucji. Pod koniec XXI w. te okresy wydłużą się o 10 dni w przypadku umiarkowanych scenariuszy emisji i 20-30 w przypadku scenariuszy wysokich emisji, czego skutkiem może być dwukrotny wzrost wypalanej powierzchni terenów naturalnych w Rosji. Już w latach 1998 – 2006 większość sezonów pożarowych była ciężka lub ekstremalna, co nie jest najlepszym prognostykiem na przyszłość.

Wzrost rozległości pożarów, ich intensywności i częstotliwości oraz dalsze ocieplanie klimatu będzie sprzyjać zmianie roślinności na dużych obszarach i nieodwracalnemu tajaniu zmarzliny. Praktyki pomagające ograniczyć ryzyko pożarowe, takie jak nawadnianie osuszonych torfowisk, mogą odegrać pewną rolę w ograniczaniu podgrzewania planety, mają także znaczenie w ochronie zdrowia i życia ludzi oraz ograniczaniu strat w dobytku. Wpływ na klimat Arktyki może mieć także zmniejszenie lokalnych emisji sadzy ze spalania paliw kopalnych. Jednak bez ograniczenia tempa wzrostu globalnej temperatury takie działania nie będą miały dużego znaczenia. Już teraz pożary zmniejszają globalnie potencjał pochłaniania CO2 przez ekosystemy naturalne o 0,57 GtC rocznie. W przyszłości ta wartość może wzrastać powodując, że w coraz mniejszym stopniu będziemy mogli polegać na mitygacji opartej na obszarach naturalnych. Wraz z prognozami dotyczącymi przekształcania całych ekosystemów w źródła gazów cieplarnianych netto powoduje to, że szanse na nieprzekroczenie progu 2oC ocieplenia z roku na rok coraz bardziej maleją (Tchebakova i in., 2009 , Yang i in., 2015, Ponomarev i in., 2016, Tedesco i in., 2016, Li i in., 2021, McCarty i in., 2021, Natali i in., 2021, Ponomarev i in., 2021, Talucci i in., 2022, Yue i in., 2022). 

Anna Sierpińska, konsultacja merytoryczna: prof. Bogdan Chojnicki

*średnie opady roczne w części regionu leżącej na zmarzlinie wynoszą około 410 mm, dla porównania w Polsce jest to ok. 650 mm)

Autor:
Anna Sierpińska
Źródło/konsultacja:
Bogdan Chojnicki