Гравиметрическая съемка в оценке деградации мерзлоты в криолитозоне Сибири

Возрастание температуры воздуха представляет важнейший фактор, определяющий гидрологический режим в криолитозоне (Nitzbon et al., 2020).
Цели работы: (1) оценка величины стока воды, высвобождаемой при таянии мерзлоты в Заполярье; (2) воздействие деградации мерзлотного слоя на рост лиственницы (Larix spp.) и продуктивность растительного покрова (чистая первичная продуктивность, NPP).
Объект исследования. Арктическая зона Сибири, расположенная за Полярным кругом (исключая острова и прибрежную полосу). Растительность территории представлена лиственничными редколесьями, тундровыми и лесотундровыми сообществами.
Материалы и методы. Использовались данные гравиметрической съемки (спутники GRACE и GRACE-FO (https://grace.jpl.nasa.gov/data/get-data/monthly-mass-grids-land; TELLUS_GRACE_L3_GFZ_RL06_LND_v04 и TELLUS_GRFO_L3_GFZ_RL06.1_LND_v04). Данные представлены в формате EWTA (эквивалент аномалий водной массы). NPP определялась на основе продукта MODIS MOD17A3HGF (https://www.earthdata.nasa.gov/data/catalog/lpcloud-mod17a3hgf-061; геопортал EarthData (https://search.earthdata.nasa.gov). Анализ горимости проводился на основе базы данных Института леса им. В.Н. Сукачева СО РАН. Климатические переменные извлекались из базы данных ERA5 Land с пространственным разрешением 0,1 градуса (https://cds.climate.copernicus.eu/datasets/reanalysis-era5-land-monthly-means?tab=overview). Величины стока воды, высвобождаемой при таянии мерзлоты, оценивалась на основе EWTA с поправками на динамику биомассы (NPP) и скорость её разложения, на пирогенные эмиссии углерода, а также на дельту между величинами осадков (P) и потенциальной эвапотранспирации (PET). Наземные работы проводились на ключевых участках Ары-Мас (72°27′ с.ш.; 101°57′ в.д.), Пясино (69°39′ с.ш.; 88°02′ в.д.), Котуй (67°38′ с.ш.; 99°11′ в.д.) и Эмбечиме (65°48′ с.ш.; 98°25′ в.д.). Динамика роста деревьев определялась методами дендрохронологического анализа.
Результаты и обсуждение. На основе величин стока талой воды выделено пять кластеров, расположенных последовательно от Урала до Чукотского полуострова: Западная (WestSib) и Средняя Сибирь (MidSib), Лена (LenaRiver), Восточная Сибирь (EastSib) и Чукотка (ChukotkaPen).
Во всех секторах сибирского Заполья, исключая ChukotkaPen, наблюдались положительные величины стока талой воды. В среднем годовой сток воды оценивается в 7,7 ± 4,4 кг/м2/год. Максимальные значения наблюдались в секторах WestSib и MidSib (~9,7 кг/м2/год). В секторе ChukotkaPen изменения стока были незначимы (−2,9 ± 3,2 кг/м2/год) (Kharuk et al., 2024). Продуктивность растительного покрова (NPP) положительно коррелирует со стоком талой воды преимущественно в северной и центральной частях секторов WestSib и MidSib, что связано с более высокой скоростью таяния мерзлоты. Локальные положительные корреляции наблюдаются также в секторах LenaRiver и EastSib. В Заполярье, несмотря на возрастающую горимость, преобладают положительные тренды NPP (~15%, тогда как отрицательные тренды наблюдались примерно на ~1% площади.
Установлено, что снижение влажности почвогрунтов, связанное со стоком талой воды, влечет возрастание индекса прироста лиственницы. Последнее обусловлено увеличение глубины активного слоя, а также со снижением влажности преобладающих в арктической зоне т.н. «переувлажнённых холодных почвогрунтов», оказывающих негативное воздействие на рост древесных растений и растительного покрова в целом.
Выводы. По данным спутниковой гравиметрии выявлено непрерывное снижение влажности почвогрунтов в сибирской Арктике, наблюдаемое в 21-м столетии и сопровождающееся стоком талых вод (в среднем на 7,4 кг/м²/год). Деградация мерзлоты, обусловленная потеплением климата, влечёт увеличение глубины активного слоя и в целом улучшение гидротермического режима почвогрунтов, стимулируя рост деревьев и возрастание продуктивности растительного покрова. В целом сибирская Арктика, несмотря на возрастающую горимость, сохраняет статус стока углерода.