Еще в школе все слышали крылатое выражение «Лес – легкие планеты». Мы к нему привыкли, и, как все привычное, не замечаем его, не вдумываемся в его смысл, и уж тем более не предпринимаем никаких действий, услышав или увидев его еще раз. Разумеется, леса важны, они вырабатывают кислород, которым мы дышим. Но разве в мире мало лесов? А уж в России их больше, чем в любой другой стране мира.

А если вам сказать, что лес не только «легкие», но и «сердце» планеты? Вода – это кровь, а сеть водотоков на суше – кровеносная система Земли, и именно лес является тем «сердцем», насосом, который качает воду из мирового океана на сушу, а вода питает на континентах все живое.

Как это работает

Теория, которая позволяет нам сравнить естественные леса с сердцем планеты, называется теорией биотического лесного насоса. Впервые она была сформулирована в 2005 г., но, к сожалению, до сих пор недостаточно широко известна. Интересно, что эта теория разработана не биологами, а группой ученых-физиков и математиков. Теория основана на результатах изучения и масштабного физико-математического моделирования глобальных гидрологических процессов. Ключевая роль в этом принадлежит российским ученым В. Г. Горшкову и А. М. Макарьевой (Петербургский институт ядерной физики РАН), однако в работе над этой теорией участвуют и другие ученые, в том числе из-за рубежа.

Памяти Виктора Георгиевича Горшкова

10 мая 2019 года ушел из жизни Виктор Георгиевич Горшков - профессор, доктор физико-математических наук,  автор научной концепции биотической регуляции окружающей среды.  Отличительная черта Виктора Георгиевича, как ученого, была способность видеть проблемы не со “стереотипной” стороны, как её видело и ...

 

Итак, попробуем изложить суть этой теории (с некоторыми упрощениями, неизбежными для формата общедоступного материала). Начнем с океанов. Их площади огромны, и с этих водных поверхностей постоянно идет испарение. Воздух над океанами всегда насыщен влагой.

А вот влажность воздуха над сушей очень сильно зависит от характера покрывающей ее растительности. Из школьной программы мы все знаем, что листья растений испаряют влагу через устьица. Соответственно, чем более пышная и густая растительность покрывает тот или иной участок суши, тем выше испарение. А вот теперь важный момент: что касается лесов, то самое большое количество влаги испаряют именно старые, нетронутые или малонарушенные леса. Их крупные массивы называют малонарушенными лесными территориями (МЛТ).

Дело в том, что в ходе своего длительного естественного развития эти экосистемы приходят в такое состояние, в которой пространство используется живыми организмами, прежде всего растениями, максимально полно, и эта полнота сохраняется на протяжении длительного времени. В таком лесу живет множество видов, в нем всегда есть разные ярусы, разные жизненные формы, и каждый вид находит свою экологическую нишу. То есть, в каждой единице пространства здесь успешно «помещается» больше частей растений, прежде всего листьев, чем в других экосистемах. Эта часть теории хорошо обоснована и проиллюстрирована биологами.

Слева: лес из взрослых деревьев, но в нем имеется только один ярус, практически нет подроста и подлеска, нет трав; скорее всего, это лес на месте пожара, первое поколение деревьев. Справа: старовозрастный лес - несколько ярусов, есть подрост, подлесок и валеж. Фото: Unsplash, Алексей Алейников.

В итоге суммарная поверхность всех листьев в малонарушенном лесу оказывается максимально возможной. А чем больше суммарная поверхность листьев, тем больше испарение с единицы площади. В более молодых лесах и в лесных культурах это не так – суммарная площадь испаряющей поверхности здесь намного меньше. В какие-то моменты развития молодых лесов она тоже может быть весьма высокой, но потом наступает следующая стадия – и она уменьшается. А в старовозрастном* лесу она очень высока всегда.

Таким образом, над океаном мы имеем влажный воздух всегда, а вот над сушей влажность воздуха может быть очень разной. Согласно законам физики, более влажный воздух притягивает к себе влажные воздушные массы даже издалека. То есть, если над сушей воздух более влажный, чем над океаном, то суша притягивает влажные воздушные массы от океана к себе. В результате воздух оказывается перенасыщенным влагой, и над сушей выпадают осадки. По речной сети избыток влаги уходит обратно в океан, и далее цикл повторяется. Так и работает «зеленое сердце планеты» – биотический лесной насос.

Он настолько эффективен, что даже отдаленные внутренние районы лесистых континентов получают столько же дождей, сколько и побережья. Над континентами образуются, по образному выражению проф. Н. В. Лукиной, «летучие реки», обеспечивающие выпадение осадков над всей поверхностью суши. Даже в Евразии осадки не уменьшаются с удалением от океана, а остаются примерно постоянными, питая великие российские реки, на расстоянии в семь тысяч километров!

Но более влажный воздух над сушей может образоваться только тогда, когда значительная часть суши занята именно естественными, малонарушенными лесами, МЛТ, за счет очень высокой суммарной листовой поверхности. Если же лесов мало, или они более молодые, то влажность воздуха над континентом ниже, потому что меньше суммарная листовая поверхность. И если влажность воздуха над сушей оказывается ниже, чем над океаном, то насос начинает работать в обратную сторону – океан притягивает влажный воздух с суши, и дожди выпадают над океаном. Но из океана на континент реки не текут, поэтому на суше становится все суше и суше – так и появляются пустыни…

Схема биотического насоса. Слева – естественные леса притягивают влажный воздух с океана на сушу, и над сушей выпадают осадки. Справа – из-за недостатка испарения над сушей воздух над океаном оказывается более влажным, и «насос» работает в обратную сторону – осадки выпадают над океаном.

То есть лес – это не только легкие, но и, буквально, сердце планеты! Малонарушенные леса, МЛТ – главная и абсолютно незаменимая часть биотического механизма поддержания жизни на Земле.

Известно, что много раз в истории человечества вырубка лесов приводила к образованию пустынь. На космических снимках пустынь можно увидеть сухие русла рек, когда-то там протекавших. Вот, к примеру, снимки, сделанные над Сахарой.

Русла высохших рек в Сахаре

При вырубке леса или после пожара испарение падает, температура повышается, а относительная влажность понижается. Система насильственно переводится в режим, когда насос работает в обратную сторону, и этот переход может оказаться необратимым. Пример из России – Калмыкия, которую серьезно затронул процесс опустынивания, и это несмотря на непосредственную близость Каспийского моря, с огромным испарением с его поверхности. Увы, насос работает в другую сторону… Есть и другие примеры опустынивания в непосредственной близости от моря. Говоря в целом, малолесные части континентов, как правило, засушливы.

А что же делать, если уже образовались пустыни? Вероятно, сажать лес? Увы, может не только не получиться, но можно сделать еще хуже, утверждает А. М. Макарьева. Испарение влаги рукотворными лесами в засушливых регионах истощает и без того небольшие запасы влаги в почве, и при этом оно может оказаться недостаточным для создания нужной влажности над сушей. Как объяснялось выше, насос в этом случае будет работать в обратную сторону. Именно так, согласно автору, практически прекратилось земледелие в Саудовской Аравии. По образному выражению Анастасии Михайловны, «попав в ловушку засушливости через разрушение растительного покрова, выбираться из нее чрезвычайно сложно».

Невозобновимый ресурс

Мы привыкли считать лес возобновимым ресурсом. Так ли это? Получается, что это утверждение справедливо лишь отчасти. Старовозрастные леса, массивы малонарушенных лесов к возобновимым ресурсам не относятся, потому что для восстановления их полного функционала нужны многие столетия. Само дерево вырастает за несколько десятилетий, некоторым породам – дубу, лиственнице требуется полтора-два столетия, но проблема в том, что настоящий полноценный лес за это время не вырастает. Чтобы сложилась такая экосистема, в которой каждая экологическая ниша используется максимально полно, и за счет этого суммарная листовая поверхность достигает высоких значений, нужно, чтобы сменилось несколько поколений деревьев. А это уже столетия. Только в таком лесу испарение максимально, и только такой лес гарантированно работает как насос. Этот механизм складывался и отлаживался тысячелетиями, поэтому и восстановить его путем посадки лесных культур нельзя. Вот и получается, что старовозрастный лес – это невозобновимый ресурс.

Более того, как считает еще один участник разработки теории лесного насоса А. В. Нефедов, в условиях глобального изменения климата малонарушенные леса нельзя считать ресурсом. Стоимость участков естественных малонарушенных лесов, обладающих способностью к регуляции гидрологического режима и климата в целом, колоссально недооценена. Поэтому, считает ученый, «уничтожать малонарушенные леса – все равно, что топить печь картинами из Третьяковской галереи».

А много ли таких лесов осталось? Посмотрим на карту.

Карта МЛТ в мире. Источник