В течение последнего миллиона лет громадные ледниковые щиты, многократно наступая и отступая, перепахивали север Европы и Америки[1]. Зато на севере Сибири во времена плейстоцена[2] в геологическом плане было относительно спокойно: в горах шло выветривание, а обширные равнины и долины покрывались илом и пылью. Даже в самых высоких широтах не замирала жизнь. На травянистых пастбищах паслись мамонты, шерстистые носороги, бизоны, лошади, северные олени [3], овцебыки, предки благородных оленей, лоси, сайгаки, яки. Хватало пищи и хищникам - тигрольвам и волкам. Зимой почвы трескались от мороза, а весной в эти узкие, но глубокие трещины затекала вода. При ее замерзании образовывались тонкие ледяные жилки. По прошествии многих тысяч лет северные равнины оказались под многометровым чехлом пылеватых суглинков, насквозь пронизанных решеткой массивных ледяных жил. По сути, это законсервированные мерзлотой почвы крупнейшей в свое время на планете экосистемы мамонтовых тундростепей. А насыщенная корешками трав, живыми микроорганизмами, костями животных толща - подробная летопись ее развития.
В максимуме оледенения она охватывала территорию от нынешней Франции до Канады, от арктических островов до Северного Китая. Но в начале голоценовой эпохи[4] эта экосистема повсеместно прекратила существование. На севере Сибири ее сменили моховые тундры и лесотундры. Почему же мамонты и многие другие представители животного мира, пережив самый суровый период оледенения, исчезли во времена межледникового потепления*? На первый взгляд, простое объяснение данного парадокса заключается в том, что ледниковый климат был аридным (сухим), а в голоцене он сменился гумидным (влажным). Травяные пастбища превратились в тундры и болота. Лошади с их узкими копытами и тяжелые мамонты, привыкшие к плотным степным грунтам, летом вязли в этих топях, а зимой - в снегу. Длинная шерсть мамонтов, овцебыков и бизонов намокала от сырости и уже не защищала от холода.
|
|
Схема кажется логичной: степные животные обитали в полярных широтах, потому что там доминировал степной климат. Голоцен же обернулся для них катастрофой. Однако накопленная за последние десятилетия информация о радиоуглеродном датировании свидетельствует: еще 2700 лет назад на севере Сибири жили овцебыки. А на самых суровых, сухих островах канадской части Арктики они сохранились до настоящего времени, и вовсе не потому, что климат для них здесь очень благоприятен, а из-за отсутствия людей. В XX в. овцебыков успешно реинтродуцировали на Аляске, Чукотке, Таймыре, в Якутии и даже в сверхгумидной Норвегии. На Аляске, в том числе и на арктическом побережье, бизоны обитали в течение всего голоцена и были окончательно истреблены лишь 160 лет назад. Теперь бизонов завезли сюда вновь, и они успешно размножаются.
Выяснилось и другое: в голоцене существовали даже мамонты, причем в самых неподходящих для этих крупных животных местах - на маленьких островах Чукотского и Берингова морей. И исчезли тогда, когда никаких изменений климата не происходило[5]. Лошади на севере Сибири дожили до исторических времен, а в Якутии пасутся и сегодня. Без всякой подкормки они выживают даже на полюсе холода в Оймяконе и Верхоянске, где температура опускается порой до - 72°С. Зимой при разгребании снега копыта у них стачиваются, становясь маленькими, как чашки, зато летом, значительно увеличившись в размерах, больше напоминают тарелки.
|
|
Общий вывод из приведенных фактов: отнюдь не потепление в голоцене "повинно" в массовом исчезновении фауны мамонтовой экосистемы.
Кстати, север Сибири - не единственное место на Земле, где сегодня уже нет крупных млекопитающих. Причина опустошения - появление на территориях их обитания человека с новыми охотничьими технологиями. Например, после заселения Америки людьми здесь исчезло 70% видов крупных животных. В Австралии с появлением человека перестали существовать 23 вида, причем это были самые крупные представители фауны. Уже в историческое время в степях и прериях почти или полностью истреблены туры, степные зубры, бизоны, куланы, тарпаны, сайгаки и пр.
Итак, допустим, что и на севере Сибири многие виды фауны истреблены людьми. Но по каким причинам былые травяные пастбища превратились в моховые тундры? Из-за того, что аридный климат стал гумидным? Так почему же кардинальная перестройка ландшафтов не происходила в периоды предыдущих межледниковий? Во время максимума последнего оледенения, когда мамонтовая степь в Европе превалировала, на ее территории, как показывают исследования, осадков выпадало 200 - 250 мм в год - в 2 - 3 раза меньше, чем сегодня. Температура воздуха в январе опускалась до - 25 - 35°С. Но таков и нынешний климат севера Сибири, а степей нет. Какие нужны условия, чтобы в этом регионе вновь доминировали травы?
Степень аридности оценивается по радиационному индексу сухости, предложенному отечественным геофизиком академиком Михаилом Будыко (1920 - 2001), - отношение энергии, получаемой земной поверхностью (годовой радиационный баланс), к энергии, необходимой для испарения всех осадков, выпадающих за год. Индекс от 1 до 2 соответствует климату степей, от 2 до 3 характерен для полупустынь. А какой климат в сибирском Заполярье ныне? На континенте и островах в этом регионе к востоку от Таймыра расположено 11 станций, измеряющих радиационный баланс. Средний индекс сухости по их данным - 2! Выходит, по расчетам и сегодня здесь климат степей. Откуда же болота?
|
|
Испарение влаги из ландшафтов в основном осуществляется растениями. Чтобы через открытые устьица поймать из воздуха одну молекулу углекислого газа, зеленый лист неизбежно теряет несколько сотен молекул воды. Поэтому продуктивность растений жестко связана с испарением. В прошлом, когда на севере доминировали луга и степи, оно было высоким. Из более сухих, чем ныне, почв не вымывались питательные вещества, что, в свою очередь, обеспечивало высокую продуктивность трав. Сегодня же здесь доминируют низкопродуктивные растения. Они не способны испарить выпадающие осадки и высушить почву. Мхи и лишайники даже не имеют корней. К тому же мох - хороший теплоизолятор, и если его толщина 20 - 25 см, почва под ним вообще перестает оттаивать, сам он мало зависит от климата и почв, создавая необходимую ему среду. А механических нагрузок не выдерживает: в местах интенсивной эрозии, выпаса животных, вокруг поселков на севере доминируют травы. Они появляются везде, где уничтожен мох. Но через несколько лет их продуктивность падает. На поверхности накапливается белесый травяной войлок, он не дает почве оттаивать, и травы вытесняются менее требовательными к минеральному питанию кустарниками и мхами.
Сбалансированный биокруговорот - это не только фотосинтез, но и столь же интенсивное разложение органического вещества. В южной степи почвы теплые, и циклический процесс длительно поддерживается за счет разложения органики в почве и на ее поверхности. На севере это невозможно - почвы холодные. Травяные сообщества здесь могут быть устойчивыми лишь благодаря травоядным, разлагающим органику в своих желудках. В мамонтовой же экосистеме миллионы особей, съедая за зиму выросшую летом траву, поддерживали биокруговорот. Они удобряли почву, вытаптывали мхи и кустарники, поддерживая свои пастбища. Поэтому экосистема мало зависела от климата.
Голоценовое потепление и увеличение количества осадков способствовали экспансии лесов в Европе, но в экстра холодных и аридных условиях севера Сибири это не могло уничтожить мамонтовую экосистему. Где-то, в основном на песчаных и каменистых фунтах, появились бы деревья и кустарники, стало бы больше лосей. Однако суммарная продуктивность пастбищ и численность травоядных должны были лишь увеличиться. И тому есть подтверждение: по данным ледниковой летописи 14700 лет назад на севере произошло резкое предголоценовое потепление и увлажнение климата. И сразу же численность мамонтов здесь значительно выросла.
Сегодня на северо-востоке Сибири, скорее всего, наблюдается климатический оптимум мамонтовой экосистемы. В более холодных и сухих условиях падает продуктивность пастбищ, в более теплых и влажных животным труднее добывать корм из-под снега, сдерживать экспансию деревьев и кустарников. Поэтому голоценовое потепление, повторюсь, не могло уничтожить мамонтовые степи в этом регионе. А вот снижение численности травоядных оказалось достаточно для кардинальной перестройки местных ландшафтов.
ПАСТБИЩНЫЕ ЭКОСИСТЕМЫ
Травы и травоядные очень молоды, они появились приблизительно 20 млн. лет назад, и формируемые ими экосистемы имеют самую высокую скорость биокруговорота. Для сравнения: у эволюционно более древних вечнозеленых растений интенсивность фотосинтеза относительно низкая. Их листья (иголки) живут годами. Чтобы не быть съеденными, они должны защищать себя. После отмирания горькие (насыщенные токсинами) листья и ткани разлагаются также много лет. Из животных их почти никто не поедает. Другое дело быстрорастущие травы. Их "задача" - максимально быстро захватить место под солнцем и использовать ресурсы влаги, отобрав ее у медлительных конкурентов. Травоядные же должны съесть и вытоптать все, что выросло за лето (за сезон дождей), и быстро вернуть в почву химические элементы. Задача хищников - уничтожить больных животных (при большой плотности высока вероятность массовых эпизоотии) и равномерно распределить травоядных по территориям, чтобы они паслись не там, где вкуснее, а где безопаснее.
Свои конкурентные преимущества пастбищные экосистемы лучше всего реализуют на суглинистых грунтах (мощный фотосинтез требует обильного минерального питания) и в динамичных внешних условиях - частые засухи, затопления, эрозия, пожары. Эти сообщества и сами не склонны к "застою": в них быстро меняется биомасса растений, композиция видов; сильно варьирует численность животных, даже крупных (на порядок). Лесам или моховой тундре, чтобы восстановиться после пожара, нужны многие годы, а пастбищной экосистеме - несколько недель.
Как уже говорилось, в течение последнего миллиона лет в условиях быстро меняющегося плейстоценового климата тундростепи, степи и саванны, вытесняя леса, захватили большую часть мира. В степях биомасса животных в десятки раз выше, чем в лесах. Именно в таких, наиболее богатых пищей, экосистемах появился и затем расселился по планете человек. Но с возникновением цивилизации оборонные стратегии животных перестали поспевать за эволюцией охотничьих орудий и технологий. И первой крупной жертвой оказались мамонтовые степи. Численность животных в них снизилась, травы на севере были вытеснены моховыми лесами и тундрами. Черные дни для диких пастбищных экосистем наступили с развитием земледелия и скотоводства, когда человек начал создавать свои высокооборотистые пастбищные экосистемы. В экологическом плане они примитивны, в них мало видов, подавлена биологическая конкуренция. Зато по агрессивности они превзошли всех. Дикая природа, как могла, сопротивлялась. Полчища сорняков проникали на поля, домашний скот погибал от хищников и заразных болезней, орлы и хорьки воровали домашних птиц, вольные жеребцы уводили кобыл из табунов, дикие быки ломали заборы и вытаптывали поля, птицы, грызуны и насекомые съедали урожай. Но тщетно. Сегодня почти все луга, степи и прерии распаханы или превращены в пастбища и сенокосы. Из животных выживали лишь те, кто сумел спрятаться в лесах или безводных пустынях.
Теперь только заповедники Африки поражают нас численностью диких животных. И трудно поверить, что и в средних широтах, и на севере в свое время их было не меньше. Одним из последних, кто наблюдал такое изобилие, был известный русский путешественник XIX в. Николай Пржевальский: "Не видавши собственными глазами, невозможно поверить, что в этих обиженных природой местностях могло существовать такое громадное количество зверей, скопляющихся иногда в тысячные стада. Только бродя с места на место, эти сборища могут находить достаточно для себя корма на скудных пастбищах пустыни. Зато звери не знают здесь своего главного врага - человека и вдали от кровожадных преследователей живут свободно и привольно". И это рассказ о пустынях Северного Тибета! Какой же была плотность расселения в других, более благоприятных районах до появления там людей!
Тысячи лет цивилизация воевала с пастбищными экосистемами. Всего сто лет назад охотников, убивших в Африке ради забавы тысячи животных, встречали в Европе как олимпийских чемпионов. Ныне же все готовы охранять природу. Хотя в нетронутом виде ее почти не осталось. Чаще всего это какие-то растительные сообщества, в которых крупных животных и птиц или нет, или их так мало, что они не оказывают серьезного влияния на ландшафт. Сегодня многие дикие виды существуют лишь в зоопарках и на фермах. Но там страусы, бизоны, олени и т.п. превращаются в домашних, лишь внешне похожих на диких. Это уже не виды, представители которых способны мигрировать на сотни километров, бороться с хищниками и конкурентами, устойчивы к паразитам и природным токсинам и инфекциям. Сохранять виды надо в экосистемах, правда, вначале последние надо возродить.
Наиболее важные домашние растения и животные, да и мы сами в прошлом были компонентами диких пастбищных экосистем. Они - генетическая родина цивилизации. Можно ли воссоздать в средних широтах высокоорганизованные саморегулируемые пастбищные экосистемы? Технически, да. В районе с подходящим климатом надо объявить заповедный режим и собрать там как можно больше животных, в прошлом обитавших в близких условиях, и они сами в соответствии со своими экологическими "профессиями" займут свободные ниши. Причем не обязательно поселять зверей одной "национальности". Тут могут быть "монголы", "якуты", "канадцы" и др. Ведь большинство обитателей диких экосистем - бывшие эмигранты: лошади в Азию попали из Америки, а бизоны - наоборот. Не обязательна и чистокровность. Сгодятся помеси или одичавшие домашние животные. Например, дикие лошади в Америке были истреблены еще 10000 лет назад. Их нишу заняли мустанги.
Сможет ли пастбищная экосистема - а она устойчива лишь на больших площадях - экономически конкурировать с сельским хозяйством за территорию? В Африке каждый лев, привлекая туристов, приносит своему парку до 1 млн. дол. годового дохода. Но все равно фермы и браконьеры теснят природу. В нашей стране ситуация другая: конкуренция на рынке сельскохозяйственной продукции и wены на топливо растут, численность населения снижается, миллионы гектаров земли выпали из сельхозоборота. Кажется, ничего страшного: почва отдохнет, наберет гумуса. Но поля зарастают кустарником и мелколесьем. Зачем пропадать этим землям? Здесь-то и целесообразно создавать пастбищные экосистемы.
Перспективы для их возрождения есть, скажем, на юге Дальнего Востока. Если создать действительно заповедный режим, то на этих, окруженных дубравами и тайгой, заброшенных ныне полях можно собрать косулей, пятнистых оленей, изюбрей, кабанов, а вслед за ними волков, медведей, тигров, леопардов. Сюда реально завезти лошадей и бизонов, они жили тут в плейстоцене, и тигры быстро вспомнят, как когда-то на них охотились. Вот только для бесконфликтного существования цивилизации и дикой природы нужны... надежные заборы.
"ПЛЕЙСТОЦЕНОВЫЙ ПАРК"
Обширные равнины севера Сибири отгорожены заснеженными горными хребтами от возделываемых южнее полей и культурных пастбищ. Сейчас здесь, пусть и в малом количестве, из травоядных живут северные олени, лоси, якутские лошади, овцебыки, зайцы, сурки, степные суслики; из хищников - волки, медведи, рыси, росомахи, лисы, песцы. В Якутию уже привезли первых канадских бизонов. Климат тут оптимален для пастбищных экосистем, поэтому их можно попытаться восстановить. С этой целью на северо-востоке Якутии, в низовьях реки Колымы, в 100 км от ее устья, более 10 лет назад мы начали эксперимент "Плейстоценовый парк". Треть территории парка занимают луга, треть - заросли ивы, треть - лиственничные леса, болота и озера. Многолетняя средняя температура января приблизительно - 33°С, июля + 12°С, годовые осадки - 200 - 250 мм.
Поставленная задача - поселить на этой территории уцелевших животных мамонтовой экосистемы (поначалу без крупных хищников). Добиться в пределах многокилометровой изгороди их высокой плотности, чтобы они оказывали мощное воздействие на растительность и почвы. Первые эксперименты проводили в корале (загоне) площадью 50 га. Недавно закончено строительство следующего - площадью 1900 га. В местах интенсивного выпаса отмечено увеличение содержания протеина в зимних кормах. Животные здесь разгребают снег наиболее тщательно. Из крупных млекопитающих в парке обитают лошади, лоси, северные олени, семейство медведей, рыси и росомахи. В наших планах - увеличение их численности, завоз овцебыков, канадских бизонов и изюбрей, расширение территории. Когда число обитателей приблизится к тысяче, для контроля за численностью волков попытаемся акклиматизировать амурских тигров. Кстати, выживание их лимитирует не климат (тигры раньше заходили в Якутию), а браконьерство и малая плотность копытных.
Если у нас обитатели сами будут поддерживать и расширять свои пастбища, значит, эксперимент удался. Что дальше? Держать экосистему в "клетке" или отпустить на волю? Не опасно ли это для животных, людей, а в отдаленной перспективе, как можно предположить, и климата?
Сжигая ископаемое топливо, мы ежегодно выбрасываем в атмосферу 7 млрд. т углерода. Концентрация парниковых газов в атмосфере растет [6]. По последним прогнозам Межправительственной комиссии по изменению климата (IPCC) уже в текущем столетии температура воздуха у поверхности земли в среднем поднимется на 1,8 - 3,4°С, а на севере на 4 - 7сС. Что тогда произойдет с северными равнинами? Содержание ледяных жил в здешних суглинистых почвах составляет около 50%. Стоит им начать интенсивно таять, современный рельеф, растительность, поселки, инфраструктура будут разрушены. Колоссальные массы жидкой грязи потекут в реки, а затем в океан.
Почвы мамонтовых степей (местное их название - едома) - один из крупнейших резервуаров углерода на планете. Они вмещают около 500 млрд. т органического углерода - в 2,5 раза больше, чем все тропические леса планеты. Хотя среднее его содержание такое же, как во многих иных почвах - 2,5%. Но если в других регионах планеты толщина богатого органикой слоя обычно менее 0,5 м, на севере Сибири это нередко десятки метров. Как только эти почвы оттаивают, плейстоценовые микробы просыпаются. Многолетняя инкубация едомы показала: в среднем каждый талый кубометр мамонтовых почв в аэробных условиях (в присутствии кислорода) выделяет в атмосферу около килограмма углерода в год.
Если мамонтовые почвы тают в переувлажненных условиях (без доступа кислорода), микроорганизмы превращают органику в метан. Под термокарстовыми озерами, медленно мигрирующими по равнинам, едома тает, а со дна круглый год поднимаются пузыри метана. Зимой в местах их интенсивного выхода лед даже в самые сильные морозы не замерзает, и через эти отдушины газ выходит в атмосферу. Сегодня такие участки занимают менее 1% территории северных равнин. Но при сильном потеплении климата их площадь может возрасти в десятки раз. Метан поглощает длинноволновое излучение, уходящее от поверхности Земли в космос, в 20 раз интенсивнее, чем углекислый газ. Поэтому вклад его из едомы в глобальное потепление может быть важнее, чем поток С02 из тех же почв [7].
Как быстро будет таять мерзлота, зависит от изменений климата. По некоторым прогнозам вся едома растает уже в XXI в. Насколько это реально? Пока глобальное потепление климата небольшое, меньше 1°С, но оно ускоряется. Сейчас сокращается ледовый покров Арктики, меньше стало снега на континентах [8] - планета темнеет и будет сильнее нагреваться. Парниковые газы в атмосфере, в свою очередь, препятствуют оттоку тепла в космос. Поэтому вероятность интенсивного потепления и таяния мерзлоты высокая, что должно усиливать парниковый эффект.
Сохранится ли мерзлота при сильном потеплении климата? Сегодня даже на Крайнем Севере, например, в районе "Плейстоценового парка", ее температура местами всего -2 - 3°С. Значит, при потеплении на 3°С она будет таять. Начнется эрозия поверхности - грунт над ледяными жилами провалится. И как только оттают плодородные мамонтовые почвы, поверхность бурно зарастет травами. Они будут сдерживать эрозию, но не таяние мерзлоты. А вот если рядом есть насыщенная травоядными пастбищная экосистема, они немедленно сюда придут. Температура мерзлоты сильно зависит от высоты и плотности снега. Разрывая снег, животные его сильно уминают. В разгар зимы на пастбищах "Плейстоценового парка" температура поверхности почвы примерно на 20"С холоднее, чем в таких же местах, но без выпаса. Подчеркну: пастбищные экосистемы, наверное, единственный, не требующий больших затрат способ охлаждения и сохранения мерзлоты. Стоит где-то начаться ее таянию, и тут же травы и травоядные сами придут и будут сдерживать этот процесс.
Часто говорят: "Леса - легкие планеты". Но во время последнего оледенения тайга почти исчезла, тропические леса сократились в несколько раз. Однако содержание CO2 в атмосфере было в 2 раза ниже, чем сегодня. С ролью "легких" Земли тогда справлялись пастбищные экосистемы. Возрожденные, они могут оказаться полезными при современном потеплении, поскольку будут способствовать охлаждению планеты. В отличие от темных лесов, они и зимой, и летом хорошо отражают солнечную энергию, способны забрать из атмосферы углерода больше, чем леса, и в почве надежно его спрятать от пожаров. Надо вернуть пастбищные экосистемы природе.
[1] См.: Ю. Малиновский. Саморегуляция биосферы и великие оледенения. - Наука в России, 2006, N 6 (прим. ред.).
[2] Плейстоцен - нижний отдел геологического четвертичного периода. Характеризуется общим похолоданием климата Земли и периодическим возникновением в средних широтах обширных материковых оледенений. Продолжительность 1,8 млн. - 11,5 тыс. лет назад (прим. ред.).
[3] См.: Е. Сыроечковский. Проблема северного оленя. - Наука в СССР, 1990. N 2 (прим. ред.).
[4] Голоцен (послеледниковая эпоха) - верхний отдел не закончившегося геологического четвертичного периода, начавшийся примерно 9600 лет до н.э. и продолжающийся вплоть до современности (прим. ред.).
[5] См.: Ю. Бурлаков, А. Смирнов. Российское Заполярье: ископаемая мамонтовая кость. - Наука в России, 2006, N 6 (прим. ред.).
6] См.: Ю. Израэль. Грозит ли нам климатическая катастрофа? Наука в России, 2004. N 4 (прим. ред.)
[7] См.: Г. Голицын. Метан... и парниковый эффект. - Наука в России, 2002, N 6 (прим. ред.).
[8] См.: В. Котляков. Прошлое и будущее окружающей среды: свидетельствует гляциология. - Наука в России, 2001, N 1 (прим. ред.).