Красноярские учёные впервые подробно классифицировали ландшафты зоны вечной мерзлоты и зафиксировали масштабные трансформации территории. Спутниковые данные и материалы полевых исследований показали, как деградирует арктическая северная земля, теряется её растительность и разрушается почвенный покров. Эксперты считают, что эти процессы могут повлиять на устойчивость всей арктической экосистемы и инфраструктуры региона.

Каскадный эффект

Экологи уже давно бьют тревогу из-за процессов, которые происходят в Арктике. Там из-за активного освоения территории и изменения климата нарушается верхний органический слой почвы, который в естественных условиях удерживает холод и защищает землю от перегрева. В результате ускоряется таяние мерзлоты, что сильно влияет на северные экосистемы, чрезвычайно чувствительные к таким процессам. Дело в том, что заполярные природные сообщества восстанавливаются крайне медленно и подвержены так называемым «каскадным эффектам» — когда одно изменение запускает целую цепочку нарушений.

Учёные настаивают: нужно внимательно следить за ситуацией в Арктике, чтобы иметь возможность прогнозировать устойчивость экосистем. Постоянный мониторинг необходим, в первую очередь, для оценки рисков, связанных с деградацией мерзлоты в почвах, так как именно это определяет стабильность биоразнообразия Севера. По мнению экспертов, такие исследования важны также не только для сохранения хрупких форм жизни в Арктике, но и для принятия решений по дальнейшему освоению заполярных территорий. Особую актуальность мониторинг приобретает в свете недавнего поручения президента России Владимира Путина о создании центра по изучению вечной мерзлоты.

Специалисты Красноярского научного центра СО РАН уже провели крупное комплексное исследование вблизи Норильска. Зоны, на которых они работали, располагались в радиусе 50 километров от города и охватывали всю территорию Норильского промышленного района.

Ключевые индексы

Чтобы понять, как меняется ландшафт и что происходит с мерзлотными почвами под влиянием человека и климата, учёные использовали серию спутниковых снимков, которые делались на протяжении многих лет. С помощью этих данных специалисты впервые классифицировали северные ландшафты и выявили характеристики двух крайних состояний: территорий, сильно изменённых под воздействием промышленности, и участков с практически нетронутыми растительностью, почвой и мерзлотой. Спутниковые сведения эксперты дополнили полевыми измерениями температуры и глубины протаивания почвы.

Если говорить более предметно, то исследование началось с анализа спутниковых данных. Они позволили экспертам предположить, что арктическая почва за лето протаивает на разных участках неодинаково. Этот мониторинг показал, что на нарушенных участках этот процесс уходит на глубину в полтора-два раза большую, чем на нетронутых территориях.

Предварительные сведения удалось подтвердить с помощью других современных методов. Так, учёные проанализировали два ключевых показателя: вегетационный индекс, отражающий состояние растительности, и температурный индекс поверхности земли. Как выяснилось, по этим значениям можно достоверно судить не только о степени трансформации ландшафта, но и о том, насколько нарушен почвенный покров, как изменилась температура поверхности, а также о глубине сезонного протаивания почвы.

Верхний слой – защитный

В результате специалисты обнаружили отчетливые проявления деградации ландшафтов в зоне многолетней мерзлоты: появление провалов, проседание поверхности, усиленное таяние мерзлоты и утрата растительности. При этом выяснилось, что степень изменений зависит от уровня промышленной нагрузки. На самых пострадавших от деятельности человека участках были зафиксированы аномально низкие значения вегетационного индекса. Температурный индекс в данных зонах также существенно отклонялся от фоновых значений. Учёные пришли к выводу, что основная причина деградации ландшафтов – нарушение верхнего слоя почвы, который играет ключевую роль в защите многолетней мерзлоты.

Антропогенная нагрузка на вечную мерзлоту усугубляется климатическими изменениями, фиксируемыми в регионе. По наблюдениям метеостанций, в районе Таймыра средняя температура воздуха растёт на 0,6–0,8 градуса каждые 10 лет. Соответственно увеличивается и вегетационный период (время, когда растения активны). Наблюдения, которые были организованы с 2017 по 2020 год, показали, что тёплый сезон на части арктических территориях стал больше на 20 дней, а на некоторых на 50 дней. И это, в свою очередь, также способствует дополнительному прогреву поверхности и дальнейшему разрушению мерзлоты.

«Устойчивое развитие Арктической зоны требует учёта этих факторов, - поясняет Евгений Пономарёв, кандидат технических наук, старший научный сотрудник Института леса им. В.Н. Сукачева СО РАН. – Подобные изменения в Арктике могут иметь отдаленные последствия для экосистем».

По словам Евгения Ивановича, деградация или полное разрушение верхних слоёв земли влияет и на устойчивость существующей на Севере инженерной инфраструктуры. А это здания, дороги и трубопроводы, построенные на многолетней мерзлоте. Данные дистанционного зондирования Земли, куда входит спутниковый мониторинг, и измерение вегетационных и температурных индексов, в совокупности с полевыми исследованиями позволяют отслеживать последствия антропогенного и климатического воздействия и разрабатывать прогнозные модели, заранее выявлять зоны риска и своевременно принимать меры по их снижению и минимизации ущерба.

«В перспективе мы можем не только исследовать природные процессы, но и выработать механизмы, позволяющие сохранить баланс между промышленным освоением северных территорий и поддержанием их экологической устойчивости», - уверен эксперт.

Нюанс

Материал опубликован в рамках информационного сопровождения просветительского проекта «Научно-производственный кампус Красноярска», который реализуется при поддержке Министерства науки и высшего образования РФ в рамках Десятилетия науки и технологий РФ.

Акцент

Исследование арктических ландшафтов поддержано грантом Российского научного фонда и Красноярского краевого фонда науки. Результаты опубликованы в журнале «Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса».