Бескрайние просторы. Фото: Ирина Филипенко, участник конкурса РГО «Самая красивая страна»
В третью субботу апреля в Калмыкии, некогда серьезно пострадавшей от опустынивания и приложившей немало усилий для восстановления биобаланса, празднуют День степи. Этот регион не единственный, степи которого пострадали от антропогенного влияния. Впрочем, оно не всегда идет во вред — все зависит от целей и подхода.
Танцы на граблях
В 1914 году США активно взялись за земледелие. В кратчайшие сроки они распахали около 16 млн га низкотравных прерий и потеснили нашу страну на рынке поставщиков зерна. Ради этого пришлось сократить площадь имевшихся пастбищ, но, по мнению правительства, дело того стоило. Прошла пара десятков лет, и природа отреагировала на невежественное изменение экобаланса. Пастбища пострадали от перевыпаса, запустился процесс опустынивания. Структура некогда плодородных почв радикальным образом изменилась. Квинтэссенцией стали черные бури, прокатившиеся над Великими равнинами Северной Америки в 1934–1935 годах и сделавшие около 36 га территории непригодными для земледелия.
Кратковременный прорыв в сельском хозяйстве обернулся катастрофой — центральные штаты превратились в так называемую «пыльную чашу». Проживавшие там фермеры в большинстве разорились и пополнили армию безработных нищих, пострадавших от Великой Депрессии 1929–1933 годов. Именно после этого правительство озаботилось восстановлением экологического баланса и предприняло меры для спасения почв и природы прерий в целом. Помогали им в этом российские ученые, разработавшие ряд технологий по восстановлению низкотравных степей.
Последствия неконтролируемого изменения экобаланса. Пыльная буря в Техасе, 1935 год. Фото: wikipedia.org
А 20 лет спустя наша страна, помогавшая Америке разбираться с последствиями экологического бедствия, сама повторила ее ошибку. В 1953 году на сентябрьском пленуме ЦК КПСС обсуждался вопрос о масштабном освоении целины. Нужно было спешно восстанавливать страну после Великой Отечественной войны, непростую ситуацию усугубила и засуха 1947 года. И вместо того, чтобы реализовывать программу экологической реставрации степной зоны, разработанную Институтом земледелия центрально-черноземной полосы им. В. В. Докучаева, СССР ударился в неконтролируемое сельское хозяйство, распахивая гектары территорий без оглядки на то, подходят ли они для земледелия. Результат оказался не лучше, чем в США.
«Степной тип растительности на зональных почвах стал самым редким в стране. Отдельные сохранившиеся популяции степных растений, некогда доминировавших на огромных пространствах, деградировали под влиянием перевыпаса, ставшего следствием хронической нехватки пастбищ. Во время целинной эпопеи не было создано ни одного заповедника. Наоборот, уже существующие были закрыты, а их территория распахана. Были закрыты и распаханы также научные стационары Академии наук, на которых создавалась мировая экологическая и степеведческая наука. Катастрофический характер имели пыльные бури середины 60-х годов, пронесшиеся над степями СССР.
В 70–80-е годы под видом коренного улучшения земель было распахано под монокультуры еще несколько миллионов гектаров щебенчатых, солонцеватых и прочих непригодных для нормального земледелия почв. Этот процесс продолжался вплоть до начала 90-х годов».
Александр Чибилев «Экологические уроки целины»
Все это запустило процессы опустынивания, вследствие которого сократились популяции степной фауны. Кроме того, вмешательство человека внесло свою лепту в создание парникового эффекта. Дело в том, что «поднятая целина» заметно истощила природные запасы гумуса. К этому привела эрозия почв и система чистых паров, при которой поля периодически остаются незасеянными. В итоге происходит так называемое «сжигание» гумуса, который стремительно разлагается, попутно выделяя в атмосферу углекислый газ. По статистическим данным, в то время процессу распада подверглось около 0,7 млрд тонн гумуса, из-за чего в атмосферу попало порядка 1 млрд тонн углекислого газа.
Загадка африканских саванн
Человеческое вмешательство вообще зачастую приводит совершенно не к тем последствиям, на которое мы рассчитываем. В 2022 году группа ученых из разных исследовательских организаций, таких как Йельский и Гарвардский университеты и Университет Нельсона Манделы, опубликовали в журнале Nature статью, посвященную связи между саванной и глобальным потеплением.
Согласно их исследованию, эти степные зоны Африки лидируют по количеству возгораний — на них приходится примерно 70% площади пожаров по всему земному шару. Это связано с традициями коренных жителей, регулярно устраивающих палы. Соответственно, около 62% выбросов СО2, связанных с неконтролируемо распространяющимся огнем, вызваны именно горящей саванной.
Сама по себе данная информация не нова, и ученые уже неоднократно призывали остановить палы и начать высаживать в саванне деревья. С их точки зрения, насаждения могли бы связать углекислый газ в своих тканях и при отсутствии пожаров не дать ему уйти в атмосферу. Не то чтобы эти призывы побудили кого-то к действиям, но за последние годы из-за роста населения в Африке значительную часть саванны распахали, так что количество палов уменьшилось само собой — они характерны для местного скотоводства. Плюс к этому Африка не осталась в стороне от мировых процессов глобального озеленения, так что деревьев в саваннах тоже стало заметно больше. Именно результаты этих процессов и взялись исследовать ученые, осветившие результаты своих трудов в Nature.
Саванна в Кении. Фото: wikipedia.org
Они выяснили, что парадоксальным образом общее количество углерода, накапливающегося в почве, осталось почти таким же. Исследование показало, что при горении углерод выделяется из верхних слоев почвы, тогда как основная его часть содержится заметно глубже. И связывание этого элемента на территориях, где палы больше не проводятся, выросло всего на 0,6% в год. Причем этот рост связан не с отсутствием пожаров, а с появлением деревьев.
Казалось бы, вот решение проблемы — можно просто продолжить их высаживать. Но уже через несколько десятков лет деревья упадут на землю, и углерод из мертвых стволов благополучно уйдет в почву, тем самым вернув все на круги своя. Ученые обескураженно резюмировали, что эффект от зеленых насаждений в контексте борьбы с парниковым эффектом несколько преувеличен, так что проблема по-прежнему ожидает решения.
Воссоздание арктической степи
В конце 1980-х ученый Сергей Зимов наткнулся на заметку в научном журнале, где говорилось, что самая высокая концентрация углекислого газа в мире наблюдается зимой на севере Сибири. Исследователя это удивило: откуда бы ему взяться зимой, когда природа находится в состоянии покоя? В итоге он пришел к выводу, что источник CO2 — непромерзшая почва, возникшая из-за таяния вечной мерзлоты.
Дело в том, что под землей постоянно идут биохимические процессы — из-за поступления кислорода органические вещества потихоньку разлагаются. В сухих почвах вследствие этого вырабатывается углекислый газ, а в переувлажненных — метан, что гораздо хуже. Этот газ тоже относится к парниковым, но он в десятки раз сильнее углекислого.
В Сибири же, по наблюдениям ученых, в последние десятилетия вечная мерзлота тает с огромной скоростью, пропитывая почву водой. С каждым годом берега Российской Арктики на востоке теряют в среднем 2 м ледового покрова. Обнажается прежде скрытая подо льдами древняя органика, которая начинает гнить и разлагаться, образуя парниковые газы. В результате на разных участках, в зависимости от ситуации, образуется в 10, а то и в 50 раз больше углерода, чем прежде.
Таяние вечной мерзлоты. Фото: Наталья Грабаренко, участник конкурса РГО «Самая красивая страна»
Сергей Зимов пришел к выводу, что чем быстрее тает мерзлота, тем больше выделяется парниковых газов. «Если потепление продолжится теми же темпами, то через 20 лет объемы выделения СО2 из мерзлоты могут быть сопоставимы с тем, что выделяют все заводы, самолеты и машины вместе взятые. А еще будет выделяться и метан. Это климатическая бомба, и обезвредить ее можно только при помощи пастбищной экосистемы», — резюмирует он.
Чтобы справиться с проблемой, ученый задумал организовать Плейстоценовый парк, который неофициально также называют Северным Серенгети. С 1980 года Зимов живет в Якутии и руководит Северо-Восточной научной станцией РАН в поселке Черский, расположенный в 130 км от Ледовитого океана. Здесь он и основал в 1996 году экспериментальный заказник.
Конечная цель ученого — воссоздать на месте заболоченной тундры степные пастбища. Для этого он заселил 160 км² Арктики различными животными, в первую очередь копытными. Сначала в парк приехали якутские лошади, табуны которых начали подъедать мхи и кустарники, попутно их вытаптывая. Со временем к ним присоединились лоси, северные олени, зубры, степные бизоны, яки, калмыцкие коровы, овцы, козы и даже верблюды. На данный момент в Плейстоценовом парке обитает 11 видов крупных травоядных животных (всего около 200 особей). Как ни парадоксально, они не только едят травы, но и помогают их «вырастить».
Степные пастбища в Плейстоценовом парке. Фото: Алексей Емельянов, участник конкурса РГО «Самая красивая страна»
Освобожденная от покрова почва стала быстро сохнуть под лучами солнца, на ней появилась растительность уже другого рода — быстрорастущие травы и злаки. У них корни гораздо длиннее, чем у тех же мхов, и воду эти растения тянут из земли куда активнее, постепенно ее высушивая. Кроме того, появление такой растительности приводит к так называемому эффекту альбедо. Степи и луга светлее лесов с кустарниками, благодаря чему они отражают значительную часть солнечной энергии, отправляя ее обратно в космос. Ученые отметили, что в апреле–мае укрытые снегом арктические пастбища отражают до 160 Вт на квадратный метр. Эффект напрямую влияет на температуру воздуха, который становится холоднее.
Животные продолжают «трудиться» над изменением экологической ситуации в заказнике и зимой. Чтобы выжить в голодные времена, они старательно ищут всю оставшуюся растительность и съедают ее, освобождая место для нового поколения трав. Вожделенная еда прячется под снегом, и копытным приходится постоянно его разгребать, чтобы добраться до растительности. Снежное покрывало становится плотнее, но и значительно тоньше, поэтому земля глубоко промерзает. В результате температура почв в районе вечной мерзлоты снижается на 2–3 °С, и этого достаточно, чтобы остановить ее таяние.
Плейстоценовый парк существует больше 20 лет — срок небольшой, но определенные изменения уже заметны. Углерод переходит из атмосферы в почву, причем этот процесс происходит с достаточно большой скоростью. Пастбища высоких широт способны очень быстро накапливать углерод в корневой системе. Они поглощают его в 5–10 раз стремительнее, чем лесные территории. Углерод в почве заметно повышает ее плодородность, и скорость биокруговорота увеличивается. Проект постепенно развивается, а ученые с интересом ждут результатов эксперимента по восстановлению мамонтовой степи.