De enorma, långvariga skogsbränderna som har blivit allt vanligare de senaste åren kan orsaka förändringar i markens kemi som påverkar vattenförorening, luftkvalitet och växttillväxt. Men dessa förändringar är dåligt övervakade och tar sällan hänsyn till återhämtningsansträngningar eller riskbedömningar efter brand, enligt en översiktsstudie publicerad 14 maj i Nature Reviews Earth &Environment .
Studien, ledd av forskare från Stanford University och Colorado State University, fann att bättre tekniker behövs för att övervaka förändringar i marken och omgivande ekosystem. Denna förbättrade övervakning kan informera beslut om hur man ska behandla dricksvatten som kommer från brända områden, stödja återplantering av skog och skydda arbetare mot gifter under sanering, ombyggnad eller återväxt.
"I vår studie kombinerar vi organisk och oorganisk kemi, medan mycket brandforskning vanligtvis bara tar hänsyn till ett ämnesområde", säger markbiogeokemisten Claudia Avila, som ledde studien tillsammans med Alandra Lopez, Ph.D. '22, medan båda forskarna var postdoktorer i labbet vid Stanford Doerr School of Sustainability Professor Scott Fendorf.
"En bättre förståelse av de molekylära mekanismerna i mark kan till exempel hjälpa till att förklara varför dricksvatten från en skogsbrandspåverkad vattendelare plötsligt är giftigare, eller varför en skog inte kommer tillbaka", säger markkemist Thomas Borch vid Colorado State University. , en senior författare av studien.
Granskningen lyfter fram bevis från nya studier som tyder på att skogsbränder kan släppa ut mer planetvärmande koldioxid i atmosfären än väntat. Träkolsliknande rester av bränt trä och andra organiska material, känd som svart kol, kanske inte fångar koldioxid under långa perioder, som forskarna hade hoppats.
"Kol som har gått igenom skogsbränder och blir svart kol kan faktiskt förvandlas lättare till koldioxid av mikrober än man tidigare trott", säger Fendorf, Terry Huffington-professorn vid Stanford.
"Ur ett klimatperspektiv har vi fortfarande en dålig förståelse för hur mycket av kolet som finns kvar efter en brand som har potential att omvandlas till växthusgaser, som koldioxid", säger Borch, som arbetade i Fendorfs labb som en postdoktor för 20 år sedan.
Skogsbränder kan ha många fördelar för ekosystemen, konstaterar författarna. Vissa bränder kan öka kvävet i marken och öka vattenlösligheten av markens organiskt kol, till exempel, vilket skapar förutsättningar för återväxt. Återvinningen beror dock på förekomsten av andra kemikalier. Till exempel behövs vissa typer av organiska molekyler som bildas i marken under bränder för att många frön ska gro.
Om den lokala markkemin och brandförhållandena inte producerar tillräckligt med dessa molekyler, kallade karrikiner, kan återväxten hämmas.
Annan forskning som ingår i den nya recensionen har visat att skogsbränder kan fördubbla markkoncentrationen av en grupp giftiga kemikalier som kallas polycykliska aromatiska kolväten, vilket kan framkalla kemiska reaktioner som hämmar återväxt. Dessa molekylära effekter kan mycket väl förklara mysteriet med stora områden där träd har kämpat för att återupprättas efter skogsbränder i Klippiga bergen, sa Borch.
Skogsbränder kan också förändra de kemiska egenskaperna hos oorganiska material som metaller i jordar. Eld kan förvandla metallerna till farliga former som lätt rör sig genom miljön och hamnar i luften eller närliggande vatten, förklarade författarna med hänvisning till Fendorf och Lopez egen nya forskning.
Forskarna dokumenterade höga halter av en farlig form av metallen krom vid skogsbränder som ett resultat av värmeinducerad omvandling av naturligt förekommande, godartade former av krom. På platser där extremt varma, långvariga bränder kokade jord till höga temperaturer under långa perioder, kvarstod krom i många månader fram till nästa stora regnhändelse.
Annan forskning om krom indikerar att efter bränder med lägre intensitet kan kvarvarande växt- och djurvävnad i marken tillåta den giftiga formen av krom att återgå till sin inerta form. Sammantaget illustrerar dessa studier den bredare verkligheten att skogsbränders effekter på markkemin beror på brandens och landskapets intrikata natur, inklusive brandens varaktighet och temperatur.
Bredare övervakning och modellering kan ge information om strategier för att skydda liv, egendom och naturresurser, såväl som beslut om förvaltning av vilda djur. Avila ger ett exempel på hur detta tillvägagångssätt för informerat förvaltarskap kan hjälpa till att förhindra läckage av metaller till dricksvattenförsörjning.
"Genom att identifiera ett område som har en hög potential för till exempel kromfrisättning kan vi efterlysa föreskrivna brännskador med lägre intensitet och minska risken för högintensiva, toxinfrigörande bränder", säger Avila, som nu är assistent. professor i miljö- och havsvetenskap vid University of San Diego.
"Om vi kan förstå komplexiteten i de sammanflätade processer som sker både på den organiska och den oorganiska sidan, så hjälper det till att ge oss förmågan att förutsäga utfall för olika brand-, landskaps- och geologiska förhållanden", säger Fendorf.
Mer information: Alandra Marie Lopez et al, Molecular insights and impacts of wildfire-induced soil chemical change, Nature Reviews Earth &Environment (2024). DOI:10.1038/s43017-024-00548-8
Journalinformation: Naturrecensioner Jord och miljö
Tillhandahålls av Stanford University
