Леса обеспечивают стабильное состояние всех животных и растительных сообществ континентального пространства нашей планеты.
Это состояние резко нарушается не только уничтожением лесов для удовлетворения нужд человечества, но и во многом обязанными ему лесными пожарами. Лесные пожары оказывают воздействие практически на все компоненты природы — гидросферу, биосферу, атмосферу, климат, животный мир, почвенный покров, биогеохимические показатели ландшафтов и т. д. Ежегодная атмосферная эмиссия пыли и аэрозолей от лесных пожаров объемом сопоставима с выбросами этих компонентов от вулканической деятельности Земли — 20-150 и 10-200 млн. тонн соответственно. Поэтому многие исследователи считают лесные пожары самым мощным фактором преобразования природы. Особое место в проблемах лесных пожаров занимает вторичное перераспределение химических элементов в ландшафтах. Выявление закономерностей такого перераспределения и является главным предметом рассмотрения настоящей книги.
При сгорании одной тонны растительности в атмосферу выделяется 125 кг оксида углерода, 12 кг углеводородов, 2 кг оксида азота и 22 кг угольной пыли. Отметим, что средний запас только одной лесной подстилки в лесах Сибири составляет 11 тонн/га, хотя в отдельных ее регионах это значение выше в 3-5 раза и более. Травы, кустарники и мелкий подлесок (то есть то, что в большинстве случаев сгорает даже при низовых пожарах) добавляют сюда еще 5 тонн/га. В дымовые эмиссии вовлекаются различные токсиканты, в том числе тяжелые металлы и искусственные радионуклиды, содержащиеся различными количествами во всех лесных горючих материалах.
Лесной массив Сибири занимает около 80 % покрытой лесом площади России (552 млн. га). Ежегодно на ее территории возникает в среднем 30 тысяч лесных пожаров. Приближенная оценка площади пожаров всех видов растительности в Сибири ежегодно составляет около 10 млн. га. За пожарный период сгорает приблизительно 20 млн. тонн биомассы и в атмосферу выбрасывается 2 млн. тонн продуктов горения.
С 2000 по 2012 гг. в различных регионах Сибири и прилегающих районах Казахстана, наиболее близко расположенных к Семипалатинскому испытательному полигону, авторами изучено поведение искусственных радионуклидов (90Sr, b7Cs, 239,240Pu) и тяжелых металлов (Cd, Hg, Pb, Zn, Mn, Cr, Ni, Со, V) при лесных пожарах. Исследованиями охвачено 25 лесных пожарищ от пожаров различного типа и разного возраста, а также фоновые и попавшие под дымовой шлейф площади. Проведенные сравнения средних содержаний элементов на фоновых, выгоревших и прилегающих к гарям участках позволили количественно оценить вынос мигрирующих элементов из пожарищ и осаждение их на прилегающих территориях. Суммирование данных по всем объектам показывает, что при верховых пожарах активно мигрируют 137Cs, 90Sr, Hg, Cd, As, Zn, Mn, в меньшей степени — Pu и Pb и повышаются содержания в горелых почвах рудных элементов (Ni, Co, Cr и др). В зависимости от типа пожара и некоторых других факторов эмиссия элементов может достигать 15-20 и даже 50-60 % исходного их количества в наземных лесных горючих материалах (главным образом, лесной подстилки). По нашим оценкам, ежегодная эмиссия отдельных тяжелых металлов из пожарищ Сибири составляет от 1-2 (Hg, Cd, As, Sb) до десятков и тысяч тонн (Pb, Zn, Mn).
Прилегающие к пожарищам площади с подветренной стороны загрязняются мигрирующими элементами. При низовых пожарах, когда выгорают лишь наземные компоненты лесного биогеоценоза, происходит перераспределение элементов внутри выгоревшей площади, по ярусам леса или незначительный вынос их за пределы пожарища. В отдельных случаях, при отсутствии ветра, происходит накопление на площади пожарища даже элементов-мигрантов.
Миграция одних и накопление других элементов на горелых площадях сопровождается не только изменением геохимических показателей почвенного покрова, но и форм нахождения тяжелых металлов в почвенно-растительном покрове пожарищ. Как пример: травянистая растительность и грибы на постпирогенных площадях, возникающих от низовых пожаров, содержат значительно меньшие количества легкодоступных для растений форм таких опасных токсикантов, как ртуть, кадмий и свинец. На горелых почвах содержится меньше искусственных радионуклидов. Таким образом, лесные пожары преобразуют не только внешние, но и, так сказать, скрытые (биогеохимические) показатели ландшафтов.
Из-за глобального изменения климата число крупных лесных пожаров во всем мире ежегодно возрастает. В Сибири к концу XXI века риск возникновения экстремальных пожароопасных условий возрастет, и в зону увеличения этой вероятности добавятся Дальний Восток и Приморье. Впрочем, по одним сообщениям, каждую минуту с лица Земли безвозвратно исчезает один-полтора гектара лесов, по другим — количество лесов увеличивается. Это говорит только о том, что единого корректного подхода к решению проблемы лесных пожаров в целом на Земле в научном мире не существует. Следовательно, не существует и общечеловеческого восприятия этой проблемы. Авторы убеждены, что пирологическая лесная проблема в России, да и во всем мире, не может быть оставлена без внимания не только международных экономических, экологических и других организаций и сообществ, но и правительственных органов всех стран. Необходимо, наконец, уяснить, что леса — это не только важный экономический ресурс, место отдыха или сбора дикорастущих пищевых продуктов во многих регионах Сибири. «Леса — легкие нашей планеты» — это не просто красивые слова, и бездумное или беспечное отношение к ним недопустимо, если не просто преступно.
Горение лесов в 2007-2014 гг. и даже в апреле 2015 г. показали, насколько серьезно стоит лесная пирологическая проблема не только в Сибири или России, но и во всем мире. Исследования нашей лаборатории, касающиеся экологического состояния некоторых регионов Сибири, охватили пространство от Ямало-Ненецкого АО на севере Сибири до Республик Алтай и Тыва на юге и от Тюменской области на западе до Байкальского Экологического региона и Республики Саха (Якутия) на востоке. Так, например, в Забайкальском крае вдоль трассы Москва — Владивосток трудно найти сопку, не пройденную огнем за последние 20 лет: огромными светлыми пятнами выделяются широколиственные леса, стремительно занявшие площади пожарищ на территориях, ранее заселенных преимущественно хвойными породами.
По существу наших исследований следует подчеркнуть две стороны лесных пожаров, не исключающих друг друга. Положительная — это очищение выгоревших площадей от целого ряда токсичных элементов. Связанная с этим, отрицательная — загрязнение новых территорий. К ней необходимо добавить стрессовые состояния людей, попавших под дымовые шлейфы лесных пожаров и упомянутое в начальных разделах книги усиление заболеваний различного характера в пожарные периоды.
Положительные и отрицательные последствия лесных пожаров тесно связаны друг с другом. Лесные пирологические явления — это мощный механизм изменения геохимических показателей ландшафтов Сибири в результате перераспределения химических элементов и органических соединений по ее огромной территории. Именно дымовые шлейфы служат причиной заболевания человека, но с другой стороны, они увлекают с собой различные токсические элементы и органические соединения, очищая от них почвенно-растительный покров на огромных площадях. Особо важная роль огня в этом процессе заключается в том, что очищение касается тех мигрантов, которые подвижны в трофических цепях «почва → растение → животное или человек». Сюда относятся искусственные радионуклиды, ртуть, кадмий, мышьяк, свинец и некоторые другие элементы, имеющие токсические свойства. Но именно эта группа насыщает дымовые шлейфы, покрывающие огромные территории Сибири в отдельные годы. Несомненно, если распространить на всю территорию Сибири те количества перечисленных элементов, которые выделяются при лесных пожарах, то может возникнуть иллюзия полной их безопасности для населения. Это подкрепляется еще и тем, что, во-первых, дымовые шлейфы покрывают хотя и большие площади, но не всю Сибирь, а во-вторых, концентрация элементов быстро падает по мере удаления от источника. Следовательно, наиболее опасными для здоровья людей могут быть прилегающие к пожарам пространства. Но и рассмотренные в последней главе экологические проблемы нельзя оставлять без внимания. Полученные данные дают основание рассматривать приведенные нами значения эмиссии тяжелых металлов и искусственных радионуклидов достаточно «мирными» из-за рассеяния элементов. Это утверждение выглядит тем более успокаивающим, если принять во внимание низовые пожары, при которых, как правило, происходит незначительная миграция элементов за пределы пожарища. Однако, бывают периоды, когда дымы лесных пожаров держатся в атмосфере Сибири неделями. Выше был приведен пример 2012 г., когда почти целый месяц центральные районы Алтайского края находились под дымовым шлейфом от пожаров в Красноярском крае. Подобные явления отмечались нами неоднократно при 20-летних экспедиционных исследованиях во многих регионах Сибири.
Заключая все сказанное важно подчеркнуть, что лесные пожары — это процесс активной перестройкой биогеохимических показателей не только самих пожарищ, но и новых площадей ландшафта. Естественно, процессы перераспределения элементов в системе «почва — растение» идут не только под воздействием высоких температур, всегда подтверждая слова В. И. Вернадского о том, что «между косным и живым веществом есть непрерывная, никогда не прекращающаяся связь, которая может быть выражена как непрерывный биогенный ток атомов из живого вещества в косное и обратно» [Вернадский, 1997, с. 16]. Как было отмечено выше, антагонизм элементов, избирательная толерантность растений по отношению к ним и тому подобные явления, возникающие при взаимодействии живого и косного вещества, идут постоянно и повсюду на поверхности земли. И почвенно-растительный комплекс лесов Сибири, независимо от того, горят они или растут без вмешательства человека, не является исключением.