Кратко: тайга постепенно сменяется тундрой на севере потому, что климат становитcя холоднее и короче вегетационный период, а почвы (включая мерзлоту и плохую минерализацию) не позволяют деревьям обеспечивать положительный годовой баланс углерода и развивать корневую систему. Ниже — ключевые факторы с пояснениями.
1) Температурный и вегетационный порог для деревьев
- Граница леса (treeline) обычно совпадает с изотермой тёплого месяца: средняя температура самого тёплого месяца примерно $\sim 10^{\circ }\mathrm{C}$.
- Также используют накопление тепла (градусо‑дней): $\mathrm{GDD}={\sum }_{i=1}^n\max (0,T_i-T_{\text{base}})$, чаще $T_{\text{base}}=5^{\circ }\mathrm{C}$. Для нормального роста деревьев требуется порядка $\sim 1000$–$\sim 1500$ градусо‑дней. Севернее этих порогов рост и воспроизводство деревьев затруднены.
2) Перманентная мерзлота и активный слой
- С продвижением на север мерзлота становится более распространённой; толщина активного слоя (в котором возможно укоренение и разложение органики) уменьшается и может составлять $\sim 0.3$–$\sim 3$ м в разных зонах. Мелкая толщина активного слоя:
- ограничивает глубину корней;
- вызывает застой воды на поверхности (плохой дренаж).
Это мешает выживанию и закреплению сеянцев.
3) Почвенные и биохимические ограничения
- Холод замедляет микробную минерализацию, снижая доступность азота/фосфора; органика аккумулируется (торф), почвы становятся кислые и малоплодородные (подзолы, торфяники).
- Водонасыщенность и анаэробные условия дополнительно тормозят разложение и питание растений.
4) Физиологические и механические стрессы
- Короткий сезон, холодные ветры, морозобоины и повреждение почек/коры снижают выживаемость деревьев и способность воспроизводиться. В сумме годовой фотосинтетический доход не компенсирует потери: ${\text{Photosynthesis}}_{\text{season}}-{\text{Respiration}}_{\text{season}}<0$ ⇒ деревья не устойчивы.
5) Переходная структура ландшафта
- Граница не резкая: существует лесотундра (смесь карликовых деревьев, кустарников, мхов и лишайников). Микротопография, снежный покров и локальные почвенные условия создают мозаичную картину смены биомов.
6) Далёкое влияние климата (тенденции)
- При потеплении активный слой может углубляться, вегетационный период удлиняться и граница тайги сдвигаться на север; при похолодании — обратно.
Итого: тайга сменяется тундрой потому, что в более северных широтах температурно‑энергетические и почвенные ограничения (низкие средние температуры, короткий вегетационный период, мерзлота, плохая минерализация и дренаж) делают невозможным устойчивое лесное сообщество.