УДК 502.572:614.84 Экологическое значение лесных пожаров Распространение лесных пожаров.

УДК 502.572:614.84
Экологическое значение лесных пожаров
С.М. Говорушко
Тихоокеанский институт географии ДВО РАН
Распространение лесных пожаров. Данное явление чрезвычайно
распространено, оно характерно для всех континентов кроме Антарктиды.
Площадь лесов по разным данным колеблется от 31,9 млн. км2 [18] до 54,5
млн. км2 [19]. Мы оцениваем её в 46,4 – 50,6 млн. км2 [6]. В наибольшей степени
лесным пожарам подвержены Австралия, США, Бразилия, Франция, Испания,
Греция, Индия. В России основными пожароопасными районами являются
лесные массивы Иркутской, Читинской, Амурской областей, Хабаровского и
Приморского краев [20]. Ежегодно выгораемая площадь российских лесов
составляет 12 млн. га [12], что соответствует примерно 1,55% лесной площади
страны. Ежегодно в мире возникает 400 тыс. лесных пожаров [19], выгораемая
площадь при этом оценивается нами в 50 млн. га, т.е. примерно 1%.
Причины пожаров. Любой пожар начинается и развивается при
одновременном сочетании трех основных условий [16]: 1) наличие горючих
материалов; 2) появление источника огня; 3) наличие погодных факторов,
способствующих загоранию и распространению огня. Горючими материалами
являются лесная подстилка, живой напочвенный покров, порубочные остатки,
подлесок, подрост, деревья и т.д.
Источники огня могут быть природного, антропогенного и смешанного
происхождения. К первым относятся: 1) молнии; 2) извержения вулканов; 3)
метеориты; 4) самовозгорание природных материалов (обычно растительных
остатков, генерирующих тепло при гниении и ферментации); 5) искры
вследствие
обвалов
и
камнепадов.
Источники
огня
антропогенного
происхождения: 1) непогашенные спички и окурки; 2) непотушенные костры;
3) искры работающих машин; 4) сельскохозяйственные палы: 5) тление
охотничьих пыжей после выстрела; 6) корчевка деревьев взрывами; 7) детские
1
игры с огнем; 8) сознательные поджоги. К источникам смешанного происхождения
можно
отнести
самовозгорание
промасленного
обтирочного
материала и осколки бутылок, фокусирующие солнечные лучи. Такого рода
увеличительные стекла в определенных обстоятельствах приводят к пожарам.
Метеорологическими факторами, влияющими на пожары, являются: 1) осадки;
2) температура воздуха; 3) относительная влажность; 4) скорость ветра.
Пожарная опасность тесно связана с природой леса. Например, летом в
лиственных лесах она значительно ниже, чем в хвойных, из-за повышенной
влажности. Весной и осенью на сплошных вырубках и гарях пожарная
опасность
выше
в
силу
лучшей
освещенности
и,
следовательно,
прогреваемости. При появлении свежей травы она значительно снижается.
Опасность возникновения пожара связана с различными изменениями в лесу
(выборочные рубки, ранее возникавшие пожары, наличие ветровалов и т.д.).
Частота возникновения пожаров от различных источников огня очень
отличается, к тому же она существенно меняется в зависимости от
географического положения, степени освоенности территории, сезона года и
огромного количества других факторов. Что касается источников огня
природного происхождения, то здесь безусловный приоритет следует отдать
молниям - электрическим разрядам в атмосфере, возникающим при грозах.
Поскольку повторяемость гроз в разных районах сильно отличается
(максимальное среднегодовое число ударов молний в 30 ударов на 1 км2
характерно для штата Флорида (США) и Гималаев), то и частота возникновения
пожаров вследствие ударов молний очень сильно отличается. Например, в
штате Аризона (США) они являются причиной 84% пожаров [27], в то время
как в Новой Зеландии они виноваты лишь в 0,17 случаев [25].
При совпадении ряда условий (длительная засуха, мощный грозовой
фронт и т.д.) пожары от ударов молний могут возникать в массовом порядке.
Так, 12 июля 1940 г. в национальных лесах штатов Монтана и Айдахо (США)
от них возникло 335 пожаров [7]. Особенно опасны так называемые сухие
грозы, когда разряды атмосферного электричества между облаками и землей не
2
сопровождаются выпадениями дождя. В частности такие случаи многократно
наблюдались летом 1979 г. в Иркутской области и Бурятии [2]. Цифры
ежегодного
количества
лесных
пожаров,
обусловленных
молниями,
существенно отличаются. По одним данным по всему земному шару молнии
являются причиной возникновения около 20 тыс. лесных пожаров (Кондратьев
и др., 2005), по другим данным – 50 тыс. [22]. В среднем плотность ударов
молний в тропических лесах и лесах умеренной зоны составляет 50 и 5 ударов
на квадратный километр в год [13].
Вулканические извержения причиной возникновения пожаров являются
реже. Всего на Земле насчитывается около 2,5 тыс. вулканов, из них в
историческое время (последние 3500 лет) извергалось 959 вулканов [8]. В
среднем извергается около 50 вулканов в год [30]. Однако не все из них
приводят к лесным пожарам. С извержениями вулканов связано пять
процессов: выбросы обломочного материала, выбросы вулканического газа,
лавовые потоки, палящие вулканические тучи (пирокластические облака),
вулканические грязевые потоки (лахары) при этом пожарную опасность
представляют, главным образом, лавовые потоки и палящие вулканические
тучи, которые сопутствуют далеко не каждому извержению. К тому же часть
вулканов расположена под водой или в безлесных районах.
Вероятность
возникновения
лесных
пожаров
вследствие
падения
метеоритов очень невелика. По данным различных авторов ежегодно на 1 млн.
км2 земной поверхности падает от 50 до 100 метеоритов массой более 100 г [15,
28, 31]. Учитывая, что площадь лесов на Земле составляет порядка 46,4 – 50,6
млн. км2, т.е. меньше 10% поверхности планеты, ежегодное количество
метеоритов, падающих в лесные массивы, можно оценить в 250-500. Данные
по числу метеоритов, приводящих к лесным пожарам, отсутствуют, но, скорее
всего оно незначительно. Аналогична ситуация и со статистикой пожаров,
обусловленных
искрами
вследствие
ударов
камней
при
обвалах
и
самовозгоранием природных материалов. Факты возникновения таких пожаров
документально подтверждены [22], однако ясно, что их число крайне невелико
3
по сравнению с общим количеством природных пожаров.
Основные характеристики пожаров. Лесные пожары подразделяются
на верховые, низовые и почвенные [22]. При верховых пожарах огнем
охватывается полог леса. Низовые пожары распространены наиболее широко,
на их долю приходится 80% от общего числа пожаров. Горению подвергаются
нижние ярусы растительности и лесная подстилка, при этом повреждаются
комлевые части деревьев и их корневые системы. При почвенных пожарах
происходит горение аккумулированных органических веществ, часто это
приводит к возникновению низовых пожаров.
Что касается скорости лесных пожаров, то здесь надо различать скорость
перемещения кромки пожара и скорость его отдельных пятен. Перед фронтом
пожаров возможен выброс по направлению ветра отдельных источников огня
(искры, угли, горящие головешки) на расстояние 10-15 м при низовом и до 500
м при верховом пожаре [11]. Это приводит к массовому возникновению
отдельных очагов возгорания перед фронтом пожара. Такие пожары
называются "пятнистыми". В отдельные моменты на некоторых участках
фронта пожара скорость пожаров может достигать 10-25 км/ч (при сильных
порывах ветра или на крутых склонах), но в среднем даже у очень сильных
пожаров она не превышает 3 км/ч [4]. Максимальная скорость характерна для
кедровых и пихтовых молодняков вследствие повышенного содержания в хвое
эфирных масел [16].
Средняя скорость перемещения кромки низовых пожаров обычно не
превышает 7 м/мин (0,4 км/ч). Она находится примерно в квадратичной
зависимости от скорости ветра: при увеличении скорости ветра в два раза,
скорость смещения кромки возрастает в 4 раза. При скорости 3-4 м/мин (0,180,24 км/ч) лесной пожар может достичь крупных размеров (более 200 га) за 1014 часов.
Влияние рельефа на пожары может быть прямым и косвенным. Вверх по
склону пожар движется быстрее, чем вниз или по горизонтали. Это связано с
тем, что горючее, расположенное выше по склону, подвергается действию
4
лучистого потока от пламени, подогревается и загорается быстрее. Скорость
перемещения
пожара
на
склоне
15о
удваивается
по
сравнению
с
горизонтальным участком. Косвенное влияние выражается в изменении
местных погодных условий и микроклимата склонов. Различия в экспозиции
обусловливают разную степень прогрева склонов солнцем, влияют на
влагосодержание горючего и на местный режим ветров, а, следовательно, и на
поведение пожара. В горных районах в отдельные короткие промежутки
времени распространение пожара может происходить намного быстрее, чем на
равнине, а за более длительное время – значительно медленнее, что связано с
большим количеством препятствий в горной местности и замедленным
распространением пожара вниз по склону [4].
Что касается температуры горения, то существует довольно много работ,
содержащих цифры ее максимальных значений при пожаре в экосистемах
различных типов. В литературе приводятся следующие величины: саванна
Нигерии 538-640°С, саванна Судана - 850° С, саванна Сенегала - 750°С,
сосновый лес в штате Миннесота (США) - 800°С, чапараль (вечнозеленые
кустарники) - по разным данным от 538 до 1100°С, заросли вереска в
Великобритании - 840°С, сенокосные угодья в Японии - 887°С [27], заросли
кедрового стланика и можжевельника 600°С, торф -400-600°С [1]. Очевидно,
что средние значения существенно ниже и составляют 150-300°С.
Интенсивность и скорость лесных пожаров в течение суток сильно
меняется. Наибольшая интенсивность пожара характерна для промежутка с 11
до 17 часов. Вечером происходит снижение скорости ветра, понижение
температуры и увеличение влажности, поэтому лесной пожар слабеет.
Минимальная интенсивность отмечается утром, особенно если выпадает роса.
Днем пожар опять разгорается [4].
Экологическое значение пожаров. К неблагоприятным природным
процессам, активизирующимся вследствие пожаров, относятся, прежде всего,
водная и ветровая эрозия, оползни, лавины, курумообразование и заболачивание. Растительность (прежде всего травяной покров) является
5
мощным противоэрозионным фактором. Стебли гасят кинетическую энергию
капель, способствуют проникновению воды вглубь по ходам корневой
системы, создают дополнительную шероховатость, снижающую скорость
стекания воды, задерживают почву, смытую с вышележащих участков склона.
Уничтожение растительности вследствие пожара многократно увеличивает
интенсивность
водной
эрозии
почв.
После
пожара
в
мае
1996
г.,
уничтожившего 4690 га желтой сосны и дугласии в бассейне р. Колорадо,
интенсивность эрозии на крутых приводораздельных склонах выросла почти в
200 раз [29].
Причины активизации других геоморфологических процессов во многом
сходны: уничтожение древесной и травяной растительности в результате
пожаров приводит к снижению прочности верхних слоев отложений. В
частности, известно множество случаев возникновения курумов в различных
районах Сибири и Дальнего Востока после пожаров [5]. Заболачивание после
пожаров характерно для северных широт и имеет другую причину.
Прекращение транспирации воды лесной растительностью приводит к
возникновению на пожарищах сплошного мохового покрова, препятствующего
возобновлению деревьев [3].
Пожары воздействуют и на другие природные процессы. В частности, они
активно влияют на облачность. Переносимые лесными пожарами тепло и влага
влияют на интенсивность процесса образования облаков. При покрытии
переохлажденного облака пленкой аэрозольных частиц размером более 1
микрона, происходит кристаллизация переохлажденных капель, что приводит к
прекращению или снижению интенсивности осадков [26]. Конвективные
дымовые шлейфы от пожаров могут способствовать грозообразованию, что, в
свою очередь, способно инициировать новые возгорания [10].
Снижение почвенного плодородия обусловлено тем, что во время
пожаров часто сгорает верхний, наиболее плодородный гумусовый слой,
формировавшийся столетиями. Хотя зола является эффективным удобрением,
компенсировать уменьшение плодородия она обычно не может.
6
Влияние пожаров на климат разнонаправленное. Они вносят вклад в
глобальное потепление вследствие выброса в атмосферу парниковых газов и
аэрозолей. Считается, что около 30% атмосферного озона, окиси углерода и
углекислого газа, содержащихся в атмосфере, обусловлено вкладом лесных
пожаров [14]. В глобальном масштабе величина поступления окиси углерода
от лесных пожаров по разным данным оценивается от 11х106 до 6х107 т в год, а
двуокиси углерода в 5,7x109т в год [21]. В Канаде средняя эмиссия углерода
составляет 13 т с 1 га пожара [24]. Сходные цифры приводятся и для Средней
Сибири. В зависимости от интенсивности низового пожара выбросы углерода
составляют там от 4,8 до 15,4 т/га, что соответствует ежегодной эмиссии при
пожарах в сосновых бореальных лесах от 300 до 1000 тыс. т [9]. Кроме этого
они
приводят
к
потеплению
микроклимата
почвы,
что
обусловлено
уменьшением альбедо и обнажением ее поверхности.
Похолодание вызывается задымлением атмосферы, в результате часть
солнечной радиации не достигает земной поверхности. Ежегодное поступление
твердых примесей в атмосферу в результате только природных лесных
пожаров для Земли в целом составляет 3 млн. т [23]. Вследствие пожара 1915 г.
произошло похолодание, вызвавшее трехнедельную задержку созревания
хлебов [11].
До определенных пор пожары считались резко негативным явлением и,
например, в США с ними вели решительную борьбу на огромных территориях.
Однако постепенно выяснилось, что устранение пожаров вызвало изменение
некоторых экосистем. В сухих редкостойных сосняках на западе США, ранее
свободных от валежника, появилось огромное количество поваленных стволов
и сучьев отмерших деревьев. Этот мертвый материал способствовал
размножению насекомых-древоточцев, которые стали поражать и живые сосны
[17]. На относительно сухих участках с низкой скоростью разложения опада
огонь играет важную роль, высвобождая минеральные биогены из отмершей
биомассы.
Образовавшиеся после пожара условия местообитания благоприятны
7
многим
охотничье-промысловым
обыкновенному,
острохвостому,
воротничковому
рябчику,
птицам:
дымчатому
виргинскому
дикой
и
индейке,
луговому
перепелу,
белой
фазану
тетеревам,
куропатке
и
некоторым водоплавающим. К крупным млекопитающим, благоприятно
реагирующим на возникшие после пожара условия обитания, относятся
американский лось, белохвостый олень, чернохвостый олень-мул, олень
вапити, пума, койот, американский черный медведь, бобр и заяц [22]. В целом
можно утверждать, что хотя пожар может на какое-то время опустошить
ландшафт, многие экосистемы приспособлены к периодическому выгоранию и
в его отсутствие возможны изменения их функционирования и видового
состава. Накоплен богатый материал, доказывающий, что пожары являются
важнейшим эволюционным фактором, влияющим на структуру биосферы.
Многие виды деревьев и кустарников имеют особенности, позволяющие
легче переносить пожары. К ним относятся толстая, жаростойкая кора (многие
виды сосны и дуба, лиственница западная, секвойя гигантская, секвойя
вечнозеленая), глубокая корневая система, огнестойкая живая листва (клен,
тюльпанное дерево, бук), способность к самоочищению нижней части ствола
от сучьев (лиственница, сосна, дугласия), закрытые шишки многих видов
сосны [22].
Библиографический список
1. Ананьев Г.С. Катастрофические процессы рельефообразования. М.:
Изд-во МГУ, 1998. 102 с.
2. Астапенко П.Д. Вопросы о погоде. Л.: Гидрометеоиздат, 1986. 392 с.
3. Баландин Р.К., Бондарев Л.Г. Природа и цивилизация. М.: Мысль,
1988. 391 с.
4. Валендик Э.Н., Матвеев П.М., Софронов М.А. Крупные лесные
пожары. М.: Наука, 1979. 198 с.
5. Говорушко С.М. Курумовый морфолитогенез. Владивосток: ДВНЦ АН
СССР, 1986. 120 с.
6.
Говорушко
С.М.
Экологическое
сопровождение
хозяйственной
8
деятельности. Владивосток: Дальнаука, 2003. 271 с.
7. Говорушко С.М. Взаимодействие человека с окружающей средой.
Влияние
геологических,
геоморфологических,
метеорологических
и
гидрологических процессов на человеческую деятельность. Иллюстрированное
справочное пособие. М.: Академический проект, 2007. 684 с.
8. Гущенко И.И. Закономерности размещения центров вулканической
активности по земному шару // Вулканология и сейсмология. 1983, № 6. С. 1029.
9. Иванова Г.А., Иванов В.А., Кукавская Е.А., Конард С.Г., Макрей Д.Д.
Влияние пожаров на эмиссии углерода в сосновых лесах Средней Сибири //
Сибирский экологический журнал. 2007. № 6. С. 885-895.
10. Иванов В.А., Пономарев Е.И., Бычков В.А. Крупные лесные пожары
как фактор формирования грозовой активности // Сибирский экологический
журнал. 2007. № 6. С. 913-918.
11. Ковалевский Ю.Н. Стихийные бедствия и катастрофы. Рига: Авотс,
1986. 216 с.
12. Конард С.Г., Иванова Г.А. Дифференцированный подход к
количественной оценке эмиссии углерода при лесных пожарах // Лесоведение.
1998. № 3. С. 28-35.
13. Кондратьев К.Я., Крапивин В.Ф., Потапов И.И. Статистика
природных катастроф // Проблемы окружающей среды и природных ресурсов.
2005а. № 5. С. 57-76.
14. Кондратьев К.Я., Крапивин В.Ф., Назарян А.Н., Солдатов В.Ю.
Эволюция биосферы и природные катастрофы // Проблемы окружающей среды
и природных ресурсов. 2005б. № 6. С. 3-12.
15. Курбатова А.С., Мягков С.М., Шныпарков А.Л. Природный риск для
городов России. М.: НИиПИ экологии города, 1997. 240 с.
16. Набатов Н.М. Лесоводство. М.: Издательство МГУЛ, 1997. 188 с.
17. Небел Б. Наука об окружающей среде. М.: Мир, 1993. Т. 1. 256 с.
18. Пегов С.А. Устойчивое развитие биосферы // Вестник Российской
9
академии наук. 2007. № 12. С. 1069-1076.
19. Потапова Т. Лесные пожары в России // В мире науки. Март 2003, №
3. http://www.sciam.ru/2003/3/sreda1-p.shtml
20. Природно-антропогенные процессы и экологический риск. М.:
Городец, 2004. 615 с. (География, общество, окружающая среда. Т. IV).
21. Смит У.Х. Лес и атмосфера. М.: Прогресс, 1985. 429 с.
22.
Спурр
С.Г.,
Барнес
Б.В.
Лесная
экология.
М.:
Лесная
промышленность, 1984. 477 с.
23.
Янин
Е.П.
Промышленная
пыль:
разновидности,
источники,
химический состав // Научные и техн. аспекты охраны окруж. среды. 2004.№ 6.
С. 2-107.
24. Amiro B.D., Flannigan M.D., Stocks B.J., Wotton B.M. Perspectives of
carbon emissions from Canadian forest fires // Forest. Chron. 2002. 78, # 3. P. 388390.
25. Craig A. Wildland fires in New Zealand in the 1990s: Retrospective and
challenges. Int. Forest Fire News. Iss. 26. 2001. P. 13-14.
26. Dubrovskaja O.A., Lezhenin A.A., Mal’bakhov V.M., Shluchkov V.A.
Influence of fires on cloud and precipitation formation// Bull. Novosib. Comput.
Centre. Ser. Numer. Model. Atmos., Ocean and Environ. Stud. 2004, № 9. P. 1-8.
27. Goudie A. Human Impact on the Natural Environment. Oxford: Blackwell
Publishers, 1997. 454 p.
28. Halliday I., Blackwell A.T., Griffin A.A. The flux of meteorites on the
Earth’s surface // Meteoritics. 1989. # 24. P. 173-178.
29. Moody J.A., Martin D.A. Initial hydrologic and geomorphic response
following a wildfire in the Colorado Front Range // Earth Surface Processes and
Landforms. Vol. 26. Iss. 10. 2001. P. 1049-1070.
30. Smith K. Environmental Hazards. Assessing Risk and Reducing Disaster.
L.; N. Y., 1992. 324 pp.
31. Yau K., Weissman P., Yeomans D. Meteorite falls in China and some
related human casualty events // Meteoritics, 1994. # 29. P. 864-971.
10
Аннотация
Говорушко С.М. Экологическое значение лесных пожаров
Рассмотрено распространение природных и антропогенных лесных пожаров, причины
их возникновения, факторы воздействия пожаров на различные природные компоненты
Govorushko S.M. Environmental significance of forest fires
Distribution of natural and antropogenic forest fires is described. Reasons of their origin are
discussed. Factors of impact of forest fires on different natural components are considered.
11