Table of Contents

Оригинальное название: Amazon Margin Fire Puzzle

Драгоценные леса Амазонки не горят легко в естественных условиях. Плотный полог, высокая влажность и частые осадки создают влажный микроклимат, который подавляет огонь. Тем не менее, каждый год тысячи пожаров воспламеняются вдоль границ тропических лесов - переходных зон, где лес встречается с саванной, пастбищами или пахотными угодьями. В этих краях физические особенности ландшафта становятся решающими при определении того, где начинается пожар, как быстро он распространяется и как глубоко он проникает в лесную внутреннюю часть. Топография, структура растительности, влажность почвы и естественные барьеры - все взаимодействуют с деятельностью человека для формирования поведения огня. Понимание этих физических средств контроля имеет важное значение для прогнозирования риска пожара, разработки эффективных пожаров и управления сохранением самой биоразнообразной экосистемы на Земле.

Изменение климата и обезлесение усиливают сезоны пожаров в Амазонии. Засухи высыхают помет и подлесок, делая уязвимыми даже нетронутые лесные края. В этом контексте физические особенности, описанные в этой статье, не являются статическими - они меняются с использованием земли и климатом. Тем не менее, они остаются основой для любой модели поведения при пожаре. Это расширенное руководство охватывает ключевые физические факторы, которые влияют на распространение лесных пожаров на окраинах тропических лесов Амазонки, опираясь на рецензируемые исследования и полевые наблюдения.

Топография и подъем

Топография является одним из самых сильных элементов управления лесными пожарами, распространяющимися в холмистой и гористой местности. Поля Амазонки не являются равномерно плоскими; они включают переход от предгорий Анд к равнинам низменности, а также расчлененные плато Бразильского щита. Возвышение, крутизна склона и аспект (направление, обращенное к склону) влияют на поведение огня.

Склонная струя и ускорение огня

Огонь распространяется быстрее в гору, потому что пламя подогревает растительность над ними через излучение и конвекцию. На склонах более крутых, чем 20 градусов, скорость распространения может удвоиться или утроиться по сравнению с плоской землей. На окраине Амазонки многие районы, очищенные для сельского хозяйства, находятся на холмах. Когда пастбищные пожары убегают, они мчатся в гору на фрагменты леса. И наоборот, спусковой огонь распространяется медленнее, потому что пламя должно нагревать материал ниже. Однако ветер может переопределить этот эффект.

Аспект и солнечное воздействие

Склоны, обращенные к солнцу (северо-обратный в южном полушарии, южно-обратный в северном полушарии), получают больше солнечного излучения, быстрее высыхают растительность. В южной Амазонии северные склоны имеют более низкую топливную влагу и более высокую частоту пожара. Это особенно актуально в сухой сезон (июнь-октябрь), когда интенсивный солнечный свет может высушить травы и помет листьев в течение нескольких дней. Затененные склоны дольше сохраняют влагу и выступают в качестве убежищ во время пожаров.

Градиенты подъема и микроклимат

Более высокие возвышения на окраинах Амазонки прохладнее и часто облачнее, но они также испытывают более сильные ветры. На возвышениях выше 500 метров увеличивается скорость ветра, который вентиляторами горит и переносит угли впереди фронта огня. Сочетание ветра и сухой растительности на вершинах хребтов делает их горячими точками воспламенения. Более низкие возвышения, особенно долинные дно, имеют тенденцию к более высокой влажности и более плотному лесу, но они также могут накапливать сухое топливо, если произошло обезлесение. Понимание градиентов возвышения помогает пожарным определить приоритеты, где размещать сторожевые башни и пожарные разломы.

Внешняя ссылка: Исследование топографии и пожарных режимов в Амазонии (Nature Scientific Reports)

Типы растительности и плотность

Растительность является топливом для лесных пожаров. На окраинах тропических лесов Амазонки доминируют три основных типа растительности: закрытый лес, открытая саванна (Cerrado) и антропогенные луга (пастыри и луга). Каждый из них имеет свой особый профиль воспламеняемости.

Лесные кромки и загрузка топлива

Неповрежденный лес Амазонки имеет низкую нагрузку на топливо на земле - около 4-8 тонн на гектар листового мусора и веток - потому что разложение быстрое. Однако лесные края отличаются. Краевые эффекты от фрагментации увеличивают проникновение света и ветра, высыхая подлесок. Мертвая древесина накапливается, а лианы (древесные лозы) создают лестничные топлива, которые позволяют огню забираться в навес. Как только огонь входит в лесную кромку, он может медленно гореть в течение нескольких дней, убивая деревья и открывая промежутки, которые дополнительно высушивают интерьер.

Поля и огонь распространяются

Пастбищные травы, особенно интродуцированные виды, такие как Brachiaria и гвинейская трава, очень легко воспламеняются. Они быстро лечатся в сухой сезон, создавая сплошное тонкое топливное ложе. Огонь распространяется по травам со скоростью 1-3 метра в секунду при умеренных ветрах. Эти быстро движущиеся поверхностные пожары являются наиболее распространенным типом на окраине Амазонки. Они часто намеренно устанавливаются для очистки пастбищ, но могут уходить в соседние лесные фрагменты. Плотность травяного покрова имеет значение: высокая, плотная трава несет огонь быстрее, чем редкие пятна.

Саванна и смешанные экотоны

Переходная зона между лесом и саванной (градиент «cerradão» к «campo limpo») имеет мозаику деревьев, кустарников и трав. Это смешанное топливное ложе производит переменное поведение огня. Кустарники и мелкие деревья могут гореть с большей интенсивностью, а их патчообразное распределение создает разрывы, которые могут замедлить распространение огня. Однако, как только наступает сухой сезон, слой травы становится непрерывным носителем. Коренные и местные общины часто используют предписанные ожоги в районах саванны для снижения топливных нагрузок, но избежавшие пожары остаются риском.

Liana Loads и Canopy Fire Risk (недоступная ссылка)

В деградированных лесах лианы (вины) становятся обильными. Они образуют мосты между кронами деревьев, позволяя огню распространяться из земли в навес. Пожары Лианы особенно опасны, потому что их трудно контролировать и они могут производить пятно (углины, переносимые ветром). Исследования в восточной Амазонии показывают, что леса с высокой плотностью лианы с большей вероятностью понесут серьезный ущерб от пожара. Снижение заражения лианами через управление может помочь защитить фрагменты леса.

Внешняя ссылка: Поведение при нагрузке и пожаре в лесных районах Амазонки (лесная экология и управление)

Содержание почвы и влаги

Свойства почвы влияют на зажигание и распространение огня через их влияние на доступность воды, рост растений и темпы разложения.В марже Амазонки почвы, как правило, старые, глубокие и бедные питательными веществами, но их текстура варьируется.

Текстура почвы и дренаж

Песчаные почвы, распространённые в Амазонии по древним речным террасам и в частях Серрадо, быстро сливаются. Они держат мало воды, из-за чего поверхностный мусор быстро высыхает после дождя. В сухой сезон песчаные участки становятся труховыми. Напротив, богатые глиной почвы, такие как оксизолы центральной Амазонки, дольше сохраняют влагу. Они могут поддерживать более высокую топливную влагу даже во время сухих периодов, задерживая возгорание огня. Однако уплотнение от выпаса скота может уменьшить инфильтрацию, приводя к более сухим микросайтам.

Органическая материя и Duff Layers

На лесных полях на поверхности почвы накапливается слой частично разложившегося органического вещества (дуффа). В несгоревших лесах пуховая влага может быть толщиной 5-15 см. Влажность пуха имеет решающее значение: когда дуфф сухой, он может тлеть в течение нескольких дней, производя остаточное тепло, которое возгорается на поверхности. Тлеющие пожары особенно разрушительны, потому что они убивают корни деревьев и почвенные организмы. Низкое накопление пуха Амазонки по сравнению с бореальными лесами означает, что тлеть реже, но все равно происходит в глубоких карманах мусора.

Водный стол и сезонные наводнения

Сезонно затопленные леса (варзея) и водно-болотные угодья на окраине Амазонки являются естественными пожарами во время сезона дождей. Однако во время экстремальных засух столы с водой падают, и эти районы становятся достаточно сухими, чтобы гореть. Торфяные почвы в пальмовых болотах (бурити) могут гореть в течение нескольких недель, выделяя огромные выбросы углерода. Понимание динамики влажности почвы в ландшафтном масштабе имеет важное значение для прогнозирования того, какие районы остаются огнестойкими и какие становятся уязвимыми.

Внешняя ссылка: Пищевые пожары в Амазонии и выбросы углерода (Глобальные биогеохимические циклы)

Физические барьеры и формы земли

Природные и искусственные особенности могут препятствовать или перенаправлять распространение огня. На марже Амазонки эти барьеры не всегда абсолютны, но они создают разрывы, которые могут использовать пожарные менеджеры.

Реки и ручьи

Реки — наиболее эффективные природные огнедышащие. Бассейн Амазонки пересекают тысячи рек, от главного канала до узких ручьев. Во время влажного сезона реки являются барьерами; однако в сухой сезон высыхают более мелкие ручьи, и даже широкие реки могут пересечь ветровые угли. Ширина реки и наличие прибрежных лесных веществ: широкие реки (более 100 м) почти всегда останавливают поверхностные пожары, в то время как узкие ручьи (менее 10 м) могут перепрыгиваться пламенем, если топливо с обеих сторон сухое и непрерывное.

Рокки-ауткропсы и райдджес

Гранитные инселберги и плато песчаника усеивают амазонскую окраину. Эти голые скальные поверхности поддерживают мало растительности и действуют как естественные огненные разломы. Однако их часто окружает кольцо густого сухого леса или кустарников, которые могут интенсивно гореть. Риджес также может направлять ветры, ускоряя распространение огня по их гребням. Подветренная сторона хребта может быть защищена, создавая огненную тень.

Дороги и границы вырубки лесов

Человеческие линейные особенности, такие как дороги, заборы и сельскохозяйственные края поля, создают барьеры, но они также могут быть источниками огня. Грязные дороги с открытой минеральной почвой могут останавливать поверхностные пожары, если они достаточно широки (обычно 5-10 м). Мощеные шоссе могут иметь травянистые плечи, которые несут огонь вдоль них. В Амазонке «дуга обезлесения» следует за дорогами; пожары часто начинаются вдоль этих коридоров. Парадоксально, границы между лесом и пастбищами часто там, где пожары останавливаются, потому что лесной край не имеет мелкого топлива, но если край деградирует, огонь может проникнуть.

Ландшафтные мозаики и связь

Расположение различных покровов суши влияет на то, распространяется ли огонь по ландшафту. Мозаика небольших полей, фрагментов леса и лугов создает много краев. Распределение огня более вероятно, если типы топлива непрерывны. Напротив, матрица больших, неразрывных пастбищных участков может позволить пожарам преодолевать большие расстояния, в то время как фрагменты леса, окруженные голой почвой или водой, защищены. Анализ ландшафтной связи с использованием спутниковых изображений помогает определить критические коридоры для распространения огня.

Климат и местные погодные взаимодействия

Хотя это не физическая особенность земли, местная погода изменяет то, как взаимодействуют топография и растительность. На полях Амазонки наблюдаются сильные суточные колебания температуры и сезонные ветры.

Конвективные ветры и грозы

В сухой сезон холодные фронты с юга могут вызвать шквальные линии сильными ветрами. Эти ветры могут дуть огненными брендами на километры впереди фронта огня, создавая точечные пожары. Топография влияет на скорость ветра: долины могут воронить ветры, в то время как хребты могут испытывать турбулентность. Модели поведения огня должны включать как крупномасштабные ветровые поля, так и локальные топографические эффекты.

Дождевые тени и орографическая сушка

Горные хребты на востоке Анд создают дождевые тени. Например, регион к югу от Амазонки (вдоль перехода на Серрадо) получает меньше осадков из-за блокирования Андами влаги с запада. В этой области более продолжительные сухие сезоны и более частые пожары. На окраине местные холмы также могут создавать дождевые тени на своей лие, усиливая засуху.

Микроклимат лесных набережных

Лесные края имеют более высокие температуры и более низкую влажность, чем внутренние леса из-за увеличения солнечной радиации и ветра. Этот «эффект края» простирается на 20–100 м в лес. В этой зоне влажность топлива ниже, что делает его более легковоспламеняющимся. Во время пожаров край высыхает дальше, позволяя огню ползти внутрь. Физическая конфигурация краев — будь то изрезанные, вогнутые или выпуклые — влияет на то, как далеко проникает огонь.

Модификация физических особенностей человека

Люди меняли физический ландшафт Амазонки на протяжении веков, но темпы резко ускорились с 1970-х годов. Эти изменения напрямую влияют на поведение лесных пожаров.

Вырубка лесов и фрагментация

Чисторубка удаляет лесной полог, подвергая почву и остатки полному солнечному излучению. Получающееся пастбище или пахотные земли имеют радикально иной микроклимат: более жаркие, сухие и ветреные. Восстанавливающиеся вторичные леса (капоэйра) часто плотны горючими кустарниками и лозами, увеличивая риск пожара. Фрагментация создает множество новых краев, каждый из которых становится потенциальной зоной возгорания. Крупные смежные леса менее уязвимы для огня, чем лоскутное одеяло из мелких осколков.

Сельскохозяйственный дренаж и ирригация

Дренажные канавы опускают уровень грунтовых вод в заболоченных районах, превращая ранее огнестойкие торфяники в легковоспламеняющиеся участки. И наоборот, орошение может поддерживать зеленую растительность и снижать риск пожара на местном уровне, но оно также может увеличивать биомассу топлива. В Амазонии крупномасштабные операции по производству сои и крупного рогатого скота часто используют орошение с центром поворота, которое может дольше сохранять зеленое пастбище в сухой сезон, но окружающие лесные края все еще высыхают.

Огнестрельное и предписанное горение

Пожарные менеджеры создают физические барьеры, такие как очищенные полосы (пожарные разломы) для защиты лесов. Хорошо поддерживаемый пожар минеральной почвы шириной 5-10 метров может остановить поверхностный пожар. Однако в Амазонии пожары часто плохо поддерживаются или зарастают травой, которая затем горит более интенсивно. Предписанное горение в начале сухого сезона снижает нагрузку на топливо, но может убежать, если не делать это тщательно. Понимание того, где существуют естественные барьеры, позволяет менеджерам использовать менее интенсивные вмешательства.

Внешняя ссылка: Атлас МГЭИК по изменению климата и землепользования Амазонки

Комплексные подходы к управлению пожарами

Ни одна физическая особенность не определяет распространение лесных пожаров. Взаимодействие топографии, растительности, почвы, барьеров и погоды должно рассматриваться вместе. Достижения в области дистанционного зондирования - с использованием спутниковых данных MODIS, Landsat и Sentinel - позволяют исследователям отображать эти особенности в высоком разрешении. Модели машинного обучения теперь могут прогнозировать риск пожара, комбинируя склон, аспект, тип растительности, влажность почвы и близость к дорогам.

Для тропических лесов Амазонки усилия по сохранению должны уделять приоритетное внимание поддержанию больших, связанных лесных блоков и сокращению образования кромок. Там, где существуют кромки, управление лесной структурой (например, удаление лиан, создание затененных буферов) может снизить воспламеняемость. Физические барьеры, такие как реки, должны быть отображены и интегрированы в стратегии пожаротушения. Изменение климата, вероятно, увеличит частоту засухи, что делает эти физические меры контроля еще более важными.

Понимая физические особенности, которые влияют на распространение лесных пожаров, исследователи, землеустроители и политики могут разработать более эффективные планы управления пожарами, защищая как огромное биоразнообразие Амазонки, так и средства к существованию людей, которые живут в пределах ее границ.