Арктика — регион, традиционно ассоциирующийся с суровыми климатическими условиями и ограниченной растительностью, но изменения, происходящие в этом регионе, сейчас привлекают пристальное внимание ученых всего мира. Одним из важнейших элементов экосистем Арктики являются торфяники — природные углеродохранилища, которые благодаря своей способности аккумулировать органический углерод играют ключевую роль в глобальном климате. Последние спутниковые данные демонстрируют, что за последние сорок лет арктические торфяники не только увеличивают продуктивность растительного покрова, но и расширяются в пространстве, что связывается с продолжающимся потеплением климата в высоких широтах. Это открытие имеет значительные последствия для понимания будущих динамик углеродного цикла и процессов обратной связи с климатом. Торфяники, распространённые преимущественно в средних и высоких широтах Северного полушария, накапливают огромное количество углерода практически с окончания последнего ледникового максимума.
По оценкам, общий запас органического углерода в северных торфяниках составляет около 415 миллиардов тонн, что сопоставимо с половиной всего углерода, заключённого в мировых лесах. Уникальные условия торфяников — низкие температуры, застойные водоемы с низким содержанием кислорода и медленный разложение органики — способствуют эффективному накоплению углерода в почве. В последние несколько десятилетий Арктика нагревается примерно в четыре раза быстрее средней глобальной температуры. С 1979 по 2021 годы среднегодовая температура в этом регионе повысилась почти на 3.8 градуса Цельсия.
Такое быстрое потепление оказывает прямое влияние на развитие растительного покрова, в том числе на арктические торфяники. Спутниковые индексы, отражающие потенциальную продуктивность растений и влажность поверхности, вновь и вновь подтверждают тренд общеклиматического «озеленения» регионов Арктики. Рост индексов нормализованного различия растительности (NDVI) указывает на увеличение фотосинтетической активности, а стабильность или рост индекса влажности (NDMI) свидетельствуют о поддержании почвенной насыщенности влагой, необходимой для существования торфяных экосистем. Одной из ключевых задач для ученых было понять не только изменение продуктивности внутри существующих торфяников, но и их пространственную динамику — возможное расширение. Использование пятнадцатиметровых спутниковых снимков из архива Landsat с 1985 года предоставило уникальную возможность проследить изменения с высокой временной разрешающей способностью.
Анализ данных проводился на 21 продольном участке вокруг 16 известных торфяных массивов в различных регионах Арктики и субарктики — от прибрежного высокоширотного Свалбарда до более умеренных зон Лапландии. Благодаря полевым измерениям и проверке границ торфяников с помощью беспилотных летательных аппаратов учёные уверены в точности определения границ и локальных условий исследуемых участков. Сравнительный анализ раннего (1985–1995) и позднего периодов (2005–2015 для высоких широт и 2010–2020 для низких широт) показал, что во всех регионах отмечается значительный рост NDVI в пределах торфяников. Особенно выраженный тренд заметен на Свалбарде и в районах Билота и Понд Инлета, где зафиксировано максимальное повышение летних температур. Более того, как в центре массивов, так и по их краям наблюдается рост фотосинтетической активности, а это указывает на возможное расширение границ торфяников за счёт колонизации прилегающих участков растительностью, типичной для торфяных экосистем.
Это несмотря на то, что влажность верхних слоёв почвы осталась стабильной или даже увеличилась, что способствует сохранению анаэробных условий и замедленному разложению торфа. Для некоторых низкоарктических площадок, таких как Лапландия, характерна динамика с меньшим приростом NDVI и более переменной влажностью. Это связано с наличием здесь дискретного и непрерывного вечномерзлого слоя, частичным таянием пяс — приподнятых торфяных плато, изменяющим гидрологический режим. Тем не менее и здесь отмечается устойчивое сохранение торфяных сообществ при условии отсутствия существенной деградации среды. Существенные масштабы таяния пяс за последние десятилетия в Финляндии и Швеции подтверждены другими исследованиями и фактором, влияющим на локальный баланс углерода.
Выводы, основанные только на спутниковых данных, нельзя считать абсолютным отражением накопления углерода в почвах, поскольку для этого необходимы измерения в почвенных профилях и анализ общеэкологических процессов. Однако первоначальные радиоуглеродные датировки торфяных кернов из краёв торфяников подтверждают недавнюю аккумуляцию органического вещества, которая датируется периодом от середины 1980-х годов до настоящего времени. Таким образом, в дополнение к увеличению вегетативной массы, можно говорить и об увеличении объёма нового торфа, что требует дальнейших исследований. Потенциально расширяющиеся торфяники в Арктике могут выступать как важный негативный климатический фидбэк, замедляя темпы атмосферного роста парниковых газов через больший захват углерода. Однако будущие сценарии остаются неопределёнными.
Наряду с потеплением, усугубляющим разложение старых запасов углерода, изменение влаги, вызванное изменениями в осадках и испарении, может как способствовать, так и препятствовать расширению и углеродному захвату торфяников. Если почвенная влажность понизится, экосистема может перейти в состояние с более активным дыханием и потерей углерода. Кроме того, переформатирование ледяных структур вечномерзлых слоев, возникновение термокарстов и таяние пяс влияют на локальные водные режимы и устойчивость торфяных экосистем. Соответственно, для понимания полного спектра последствий для глобального углеродного баланса необходимы многофакторные модели, в которые будут интегрированы данные об изменениях растительного покрова, гидрологии, температурных режимах и почвенном развитии. К сожалению, существующие модели пока недостаточно хорошо отражают динамику распространения и деградации торфяников, особенно в контексте их расширения.
Рациональное использование спутниковых данных с учётом объективных измерений на местности – важный шаг к разработке улучшенных моделей и повышению точности прогноза климатических изменений в Арктике. В будущем требуется расширение географического охвата исследований, включение более точных данных различной спектроскопии, изучение взаимодействия между биологическими и геофизическими процессами. Понимание того, что арктические торфяники за последние десятилетия прибавили в площади и продуктивности, открывает перед учёными и экологами новые перспективы планирования климатической политики и природного мониторинга. Оно также подчёркивает уязвимость и одновременно потенциал этих экосистем в условиях продолжающейся глобальной трансформации климата. Важным остаётся баланс между ростом растительности и угрозами повышения температуры и изменения гидрологического режима.
По мере накопления новых исследований знания о динамике арктических торфяников могут стать ключевыми элементами в борьбе с изменением климата, помогая разработать более эффективные стратегии смягчения последствий антропогенных выбросов в атмосферу.
