Животные в кофейной чашке

Вода не только снабжает лес питанием в виде рыб, но и уносит его оттуда в больших количествах. Это объясняется ее свойствами и силой тяготения: вода течет сверху вниз. Казалось бы, прописная истина, но за столь банальным процессом скрывается нечто большее – целые экосистемы.

Давайте для начала обратимся к прошлому. Всему живому на нашей планете требуются питательные вещества, в частности различные минералы, соединения фосфора и азота. Они определяют интенсивность роста растений, от которых в свою очередь зависят все животные. И здесь речь идет уже не о лососе, а о нас самих. Насколько мы включены в этот круговорот, в полной мере осознали уже наши предки. Сначала вырубались леса, чтобы обеспечить площадь и строительные материалы для поселений. На высвободившихся землях жители деревень впоследствии стали заниматься земледелием. Поначалу все шло хорошо, потому что в каждом квадратном километре почвы содержались десятки тысяч тонн CO₂ в виде гумуса. Эта мягкая коричневая масса постепенно разлагалась, так как на открытых пространствах отсутствовала прохладная тень деревьев и земля нагревалась, активизируя бактерии и грибки в более глубоких слоях. В ходе таких необузданных пиршеств выделялась углекислота и связанные питательные вещества. Земля была удобрена даже больше, чем требовалось, но в то время это только приветствовалось. Обильные урожаи помогали пережить тяжелые времена нехватки пищи и продолжались несколько золотых лет, после чего плодородие участка постепенно истощалось. Поскольку искусственных удобрений еще не существовало, а навоза от небольшого стада скота не хватало, поле в конце концов совсем оскудевало. Но на нем еще могла расти трава, поэтому оно использовалось как пастбище для скота. Понятно, что и в данном случае питательные вещества извлекались из почвы и не возвращались в нее, так как тела животных, предназначенных на убой, не оставались на пастбище, а съедались дома. Земля все больше истощалась, постепенно зарастая вереском и можжевельником, которые не подходят овцам и козам в качестве корма. Все, что оставалось, – это практически полностью уничтоженные сельскохозяйственные угодья, не способные никого прокормить. Сегодня кусты можжевельника на лугах, где пасутся овцы, настраивают нас на романтический лад. Для наших же предков цветущий вереск был предвестником бедности. После открытия искусственных удобрений многие заброшенные поля вновь включились в хозяйственную деятельность. Теперь их можно было в неограниченных количествах снабжать питательными веществами. Оставшиеся небольшие клочки истощенных вследствие неумелого землепользования угодий в наши дни бережно сохраняются как заповедники, но это уже другая тема. То, что сделали наши предки, напоминает огромный эксперимент в ускоренном варианте. Они подстегнули естественное вымывание питательных веществ из почвы и, сами того не желая, продемонстрировали, что бывает, если возникший дефицит не восполняется.

Я вовсе не ностальгирую по временам, когда не было удобрений, потому что в таком случае нам надо было бы вновь в полной мере включаться в круговорот питательных веществ. Что это значит, мне рассказывал отец. В послевоенное время у его семьи был небольшой огород, который служил важным дополнительным источником продовольствия. Удобрения были редкостью, поэтому по грядкам разбрасывалось содержимое выгребной ямы во дворе. Превратившись в салат и огурцы, оно возвращалось на стол, обогащенное непрошеным даром природы – глистами. Они непрерывно курсировали вместе с питательными веществами из туалета в огород и обратно на кухню. Но даже такой неаппетитный восстановительный цикл не мог уберечь от постепенного убывания питательных веществ. И тут мы подходим к воде, являющейся растворителем для всех важнейших субстанций, которые поглощаются корнями растений. Извлекаемые при этом из почвы питательные вещества вновь возвращаются, когда растение умирает и впоследствии разлагается на составные части бактериями и грибками. Так, по крайней мере, все выглядит в упрощенной теории. На практике же влага просачивается в более глубокие слои почвы, пока не достигает уровня грунтовых вод. На своем пути она прихватывает с собой все ценные вещества, которыми с удовольствием воспользовались бы деревья и прочая растительность. Это одна из причин того, что питьевую воду все чаще приходится хлорировать. Ведь навозная жижа, которая в невообразимых количествах разбрызгивается по лугам и полям, вместе с бактериями попадает на несколько этажей ниже – в водные резервуары, которые служат важнейшим источником жизни. В природе такое перемещение сверху вниз очень важно для экосистемы, размещающейся у нас под ногами. В глубинах тоже живут многочисленные живые существа, которые питаются остатками со стола наземной жизни. Ведь в подземной темноте фотосинтез невозможен.

Прежде чем мы перейдем к этим существам, я хотел бы обратить ваше внимание на разрушительную силу воды. Дождевые потоки не всегда мирно просачиваются в рыхлую лесную почву, питая подземные источники. Если ливень слишком сильный, земные поры переполняются. Перенасыщенная почва больше не может принимать влагу, и коричневая жижа стекает в ближайшие ручьи, унося с собой большое количество органических веществ. Это можно наблюдать во время прогулок в плохую погоду. Если водные потоки на лугах и полях становятся мутными, значит, они уносят землю – ценную почву, которую так быстро не вернуть. Постепенно это могло бы полностью истощить землю. Могло бы. Но, к счастью, у природы есть средство противодействия. Это леса. Они смягчают воздействие осадков. Большое количество воды застревает в кронах деревьев и еще долго капает с листьев после дождя. Не зря говорят, что в лесу дождь идет дважды. Благодаря этому «тормозу» даже при сильном ливне вода распределяется более равномерно и может быть полностью поглощена почвой. Мягкий мох на стволах и старых пнях также помогает удержать избыток влаги. Эти зеленые подушки могут впитать количество воды, во много раз превышающее их собственный вес, а затем постепенно возвращают ее. Старая лесная почва, как правило, имеет рыхлую структуру на большую глубину. Она действует как губка, способная впитать и сохранить огромное количество воды. Таким образом, здоровые леса сами заботятся о своих водных запасах.

Но в отсутствие деревьев ситуация выглядит совершенно иначе. Если травяной покров еще способен хоть как-то смягчить силу дождя, то пашня ничего не может противопоставить ударам его капель. Мелкие комочки почвы разбиваются, узкие поры забиваются грязью. А поскольку большинство сельскохозяйственных культур, например кукуруза, картофель и свекла, покрывает почву лишь несколько месяцев в году, все остальное время она беззащитна перед погодными явлениями. Такого состояния природа для наших широт не предусмотрела. Если вдруг хлынет сильный дождь, то в землю почти ничего не просочится, а на поверхности начнется настоящий потоп. Говоря о потопе, я не преувеличиваю. Большая туча вполне может вылить на квадратный километр поверхности 30 тысяч кубометров воды, причем в течение нескольких минут. Если земля не покрыта растительностью и вода не успевает впитаться, то по поверхности начинают течь быстрые ручьи, оставляющие за собой глубокие желоба. И чем больше уклон местности, тем быстрее скорость потока и тем больше земли он захватывает с собой. Достаточно даже уклона в два градуса, что на первый взгляд воспринимается как совершенно плоская местность. А потери чрезвычайно велики.

Вы уже задавали себе вопрос, почему археологические сокровища всегда надо выкапывать из земли? Вообще-то они должны были бы лежать на поверхности, в крайнем случае слегка прикрытые травой и кустарником. И еще один вопрос в этой же связи: почему горы не растут постоянно в высоту? Они ведь возникают вследствие столкновения литосферных плит, а этот процесс все еще продолжается, даже в зоне среднегорья. Но горы не становятся выше, и это происходит по той же причине, по которой сегодня под толстым слоем земли находят римские монеты. Все дело в эрозии. Суша, как всем хорошо известно, расположена выше уровня моря. На нее регулярно проливается дождь. Вода скатывается вниз и в конце концов опять попадает в море. По пути она захватывает часть земли и за счет этого незаметно подтачивает горы. Чем круче уклон, тем быстрее поток и тем заметнее проявляется этот процесс. Но часто ландшафт формируют не обычные дожди и спокойно текущие ручейки, а редкие экстремальные проявления стихии. Если всю неделю льет как из ведра и маленькие ручьи превращаются в бурные потоки, сметающие все на своем пути, то тут уж и горам приходится несладко. В таких случаях вода может перемещать даже большие камни, а земли уносит столько, что поток становится мутным и приобретает светло-коричневый цвет. Когда все успокаивается, берега приобретают новую форму, особенно там, где волны сильнее бились о берег. Когда уровень воды спадает, на всем протяжении русла откладывается тонкий слой ила, состоящего из пыли и воды, а пыль – это мелко размолотые камни, кусок горы, который вода унесла в долину. Долины за счет этих коричневых потоков удобряются. Хорошим примером является Нил. Высокая культура древних египтян могла развиться лишь при условии, что на берегах созревал хороший урожай, превышавший текущие потребности. Изобилие еды означает большое количество свободного времени, которое можно посвятить другим делам.

Но вернемся в лес. То, что идет на пользу одному, вредно для других, в данном случае для деревьев. Они растут и в горах, подбираясь к самым вершинам, и им требуется почва, на метры в глубину насыщенная питательными веществами. Чем выше место произрастания, тем круче склоны и тем сильнее воздействие эрозии на почву. Поэтому высоко в горах деревья не такие высокие, как у подножья. Но все же лес способен упорно сопротивляться стихиям. В долгосрочной перспективе значение имеет каждая крошка земли, которую удержали деревья. Унесенный слой почвы толщиной в один миллиметр означает потерю 1000 тонн земли на квадратный километр. Пашни Центральной Европы каждый год теряют в среднем 200 тонн на квадратный километр, а за сто лет слой почвы уменьшится на два сантиметра. В экстремальном случае за данный период могут исчезнуть 50 сантиметров почвы, а какие последствия это может иметь для леса, я наблюдаю на своем участке, где есть небольшая гора со старым буковым лесом на одном из склонов. Несмотря на крутизну склона, слой почвы в нем составляет два метра. Я это знаю точно, потому что там оборудовано лесное кладбище для защиты старых деревьев от вырубания. Согласно нормативным документам, урны с прахом могут быть закопаны не менее чем на 80 сантиметров.

Чтобы определить, на какую глубину там можно копать, я нанял геолога, и он, к нашему удивлению, обнаружил мощный пласт почвы. По его словам, лес в этом месте существует уже очень долго, то есть с того момента, как 4 тысячи лет назад после окончания последнего ледникового периода здесь начали расти буки. А вот на другой стороне горы на поверхность даже частично проступает каменистая осыпь. Когда-то толстый слой почвы сократился до нескольких сантиметров. Очевидно, в Средние века здесь был выпас скота, и, хотя травяной покров в плане эрозии все же значительно лучше, чем пашня, последствия оказались фатальными. На протяжении последних столетий вода миллиметр за миллиметром уносила почву в ближайший ручей. А без почвы и содержащегося в ней гумуса урожайность существенно снижается, и население начинает голодать. И действительно, в 1870 году люди в этих местах умирали от недоедания и в голодающие деревни приходилось направлять обозы с продовольствием из Кёльна. На них регулярно нападали разбойники, словно дело происходило на Диком Западе. И все это в результате вырубки лесов и последующей медленной эрозии.

Можно ли обратить этот процесс вспять? Да, есть утешительные новости, хотя временные рамки такие же гигантские, как и в случае эрозии. Предположим, что земли, с которыми так неласково обошлись, в один прекрасный день вновь окажутся покрыты лесом и эрозия остановится. Слой почвы начнет нарастать. Как только прирост превысит убыль, коричневого золота будет становиться все больше. Его источником являются камни, которые постепенно, но неуклонно измельчаются и выветриваются. В результате этих процессов в наших условиях от 300 до 1000 тонн камней на квадратный километр ежегодно превращается в землю. Это означает прирост слоя почвы на 0,3–1 миллиметр, что составит 5 сантиметров за 100 лет. Таким образом, примерно через 10 тысяч лет моя каменистая осыпь на горе у ручья вернется к изначальному состоянию, в котором она была до вырубки леса. Это соответствует периоду, прошедшему с момента последнего оледенения до нашего времени. Вам кажется, что это слишком долго? Природе спешить некуда. Достаточно хотя бы вспомнить, как растут деревья. Возраст самой старой сосны в мире, растущей в шведской Даларне, тоже составляет 10 тысяч лет. Таким образом, для восстановления ландшафта достаточно одного долгого поколения деревьев.

Анализируя экосистемы и их взаимосвязи, мы с вами побывали во многих местах, но при этом осматривали только поверхность земли. А что находится под ней? Ведь земля – трехмерное образование, и на многих этажах под нашими ногами скрыты огромные жизненные пространства. Я имею в виду не описанный выше двухметровый слой почвы. Мне хочется заглянуть значительно глубже. В конце концов, доказано, что бактерии, вирусы и грибки могут существовать на глубинах до трех с половиной километров. Если мы копнем на глубину 500 метров, то найдем там несколько миллионов этих живых существ на каждый кубический сантиметр породы. В лишенных света глубинах кислород уже не играет роли для дыхания, а питание во многих случаях состоит из используемых людьми ископаемых видов топлива: нефти, газа и угля. Жизнь этих таинственных экосистем почти не изучена, и нам известна лишь крошечная часть обитающих в них существ. По первым приблизительным оценкам, эти слои камня могут содержать 10 процентов всей биомассы Земли. Можно предположить, что на больших глубинах деятельность человека пока никак не сказывается, если не считать отдельных глубоких шахт и карьеров.

Под землей размещается еще одна часть экосистемы, с которой люди имеют дело уже достаточно давно, – подземные воды. Это совершенно особое жизненное пространство. Туда не проникает ни один луч света, там никогда не бывает мороза. В зависимости от глубины там может царить приятное тепло или даже жара, но питательные вещества встречаются редко. Тем не менее под нашими ногами идет активная жизнь. Ну, может быть, и не слишком активная, ведь в слоях, близких к поверхности, температура обычно ниже 10 °C, т. е. там довольно прохладно. В сочетании с дефицитом питательных веществ все это ведет к замедлению темпа жизни. На глубине 30–40 метров температура колеблется от 11 до 12 °C, а по мере продвижения в глубь возрастает на 3 °C каждые 100 метров. Но было бы ошибкой полагать, что с ростом температуры повышается и темп жизни. В список самых медленных форм жизни в мире попали представители как раз одной из самых быстро размножающихся категорий живых существ – бактерии. Если обычно они делятся в головокружительном темпе (в нашем кишечнике, к примеру, отдельные виды могут делиться каждые 20 минут), то обитатели километровых глубин, похоже, вообще никуда не торопятся. Как сообщает журнал Spiegel в репортаже с заседания Американского геофизического союза, некоторым видам бактерий для одного деления требуется 500 лет. В таких условиях никогда не испортятся продукты питания и не смогут распространяться болезни, имеющие бактериальное происхождение. Организм-хозяин (в данном случае наш) умрет задолго до того, как крошечные создания примутся за работу. Эта медлительность объясняется неблагоприятными условиями существования. На глубине отмечаются высокие давление и температура. Рекордсмены среди бактерий выдерживают свыше 120 °C, сохраняя способность к делению (в своем темпе, разумеется).

На первый взгляд в глубинном царстве веками ничего не должно меняться, но на самом деле это не так. Здесь тоже происходят перемены. Из верхних слоев земли вниз после сильных дождей просачивается вода. Во всяком случае, в наших широтах, где с неба ежегодно льется больше воды, чем испаряется. В противном случае вокруг простирался бы пустынный ландшафт. А если взглянуть на данные водного баланса, то некоторым регионам до этого не так уж далеко. В Германии ежегодно испаряется 481 литр с квадратного километра. В некоторых районах Бранденбурга объем осадков едва ли выше, а это означает, что отсутствует сколько-нибудь значительное пополнение грунтовых вод. С учетом изменений климата испарения будут увеличиваться, и не исключено, что пополнение вообще прекратится. А оно необходимо, так как потери грунтовых вод происходят постоянно.

Ключи и природные источники представляют собой открытые раны подземных водохранилищ. То, что нам представляется искрящимся и журчащим чудом природы, некоторыми подземными жителями воспринимается как катастрофа. Эти потоки выносят ракообразных и червей на дневной свет, где они быстро погибают ввиду внезапно изменившихся условий. Естественный выход подземных вод на поверхность особенно хорошо заметен зимой, потому что источник никогда не замерзает. Грунтовые воды имеют постоянную температуру около 10 °C, которая может упасть только на открытом воздухе в мороз. Поэтому если при минусовой температуре вы видите струящийся поток, то можете быть уверены: это грунтовые воды.

Вернемся к разнообразию видов. Последние исследования доказывают, что подземные воды являются местом обитания поразительно многих видов ракообразных и других микроскопических существ. Они плавают там в темноте и, возможно, уже попадали к вам в чашку вместе с питьевой водой. На большинство очистных сооружений вода попадает из артезианских источников вместе с их содержимым, герметично отгороженным от окружающей среды. И эти существа попадают в чашку, несмотря на чрезвычайно дорогие фильтровальные установки? Да, крошечные ракообразные, миновав фильтры, обустраиваются в водопроводе и живут там припеваючи. Ведь для них это не что иное, как продолжение подземных водоносных слоев. Здесь тоже темно, прохладно и чисто. В этом вы сами можете убедиться, открыв кран с холодной водой. Температура воды в точности соответствует температуре грунтовых вод. При открытии крана такое существо может не удержаться в трубе и с потоком воды попасть в кофейную чашку, а затем и в ваш желудок. Звучит не слишком аппетитно? Но рачки – не единственные обитатели водопровода. Рядом с ними живут существа еще меньшего размера, например бактерии. Они образуют настоящий ковер на внутренней поверхности водопроводных труб, полностью покрывая металл. Их можно обнаружить в каждом глотке выпиваемой нами воды.

Но, как бы внимательно вы ни рассматривали воду, увидеть этих непрошеных гостей вам не удастся, во всяком случае без микроскопа. Отсутствие света делает бесполезными глаза и окраску тела. Поэтому обитатели грунтовых вод слепы и прозрачны. Но дефицит света порождает еще одну проблему – невозможность фотосинтеза, а следовательно, отсутствие питательных веществ, производимых растениями. Полчища обитателей подвальных помещений нашей планеты вынуждены жить на милостыню, поступающую с поверхности. Речь идет о биомассе растений и животных, превратившейся в перегной, который постепенно просачивается в глубь земли с дождевой водой. По пути вниз питательные вещества многократно трансформируются, потому что здесь тоже существует своя пищевая цепь, как и на поверхности. Большинство обитателей – это бактерии, которые селятся везде (в том числе и в водопроводных трубах). На поселения бактерий совершают набеги хищные микроорганизмы, относящиеся к жгутиковым. И хорошо, что есть такие прожорливые малютки, поскольку в противном случае бактерии когда-нибудь забили бы все поры в породе. Но и на жгутиковых находится управа в лице солнечников, которые немного превосходят их по размеру и с удовольствием питаются ими. Таким образом, под землей существует полноценная экосистема. Люди ее практически не замечают, за исключением тех случаев, когда добывают из глубин свой эликсир жизни – воду.

Кстати, мы остановились на существах, контрабандой проникших в вашу чашку. Если вам противно думать о бактериях в своем напитке, то, возможно, следующая информация позволит восстановить хорошее настроение: вы сами являетесь средой обитания для микроорганизмов. Ваше тело состоит из 30 триллионов клеток и такого же количества бактерий, большинство из которых обитает в кишечнике. Тысячи различных видов микроорганизмов необходимы для вашего выживания, так как они помогают справляться с болезнями и переваривать трудноусвояемую пищу. Стоит ли бояться, что еще несколько безобидных существ попадут к вам внутрь с питьевой водой, тем более что они быстро погибнут в вашей пищеварительной системе?

Леса очень важны для подпочвенных вод – настолько, что некоторые водоочистные предприятия выплачивают премии владельцам лесных угодий за экологически грамотное ведение хозяйства. Правда, здесь есть определенное противоречие. Деревья ведь сами потребляют много воды. В жаркий летний день зрелый бук может высосать из земли до 500 литров воды. Она используется для различных процессов, а затем значительная ее часть испаряется через поры в листьях. Трава в этом отношении значительно экономнее. Однако у деревьев, особенно у местных лиственных пород, есть одно преимущество: они собирают влагу с помощью своих веток, направленных под углом вверх. По ним дождевая вода направляется к стволу, а затем целенаправленно стекает к корням. Однажды в сильную грозу я стоял под очень старым буком (не берите с меня пример, это опасно) и мог воочию наблюдать данный процесс. По коре стекало столько воды, что она буквально бурлила и пенилась у основания ствола, как пиво из только что откупоренной бочки.

Попав на рыхлую почву, обладающую свойствами губки, вода просачивается в глубь. Почва поглощает воду даже после сильных ливней. Правда, деревья вновь забирают часть воды, когда земля высыхает. Пространство возле корней служит им чем-то вроде резервуара, который всегда позволяет утолить жажду. Однако значительная часть воды достигает глубинных слоев, куда корни растений не дотягиваются. Здесь она становится частью подземных водохранилищ. В Центральной Европе они пополняются главным образом зимой, когда растительный мир засыпает. У буков и дубов наступает перерыв в жизнедеятельности, и вода беспрепятственно уходит в глубину, минуя корни. Летом же лесам не хватает дождевой воды и вся влага, попадающая в почву, жадно высасывается и закачивается в стволы деревьев. Этот факт наводит меня на тревожные мысли по поводу климатических изменений. Повышение температуры скажется на многих параметрах. Вода будет испаряться быстрее, так что почва будет высыхать даже без участия растений. К тому же в жару деревья, как и мы, больше хотят пить. А из-за увеличения продолжительности вегетационного периода сокращается время зимней спячки лесов, когда земля способна восполнять запасы влаги. Однако, несмотря на все эти аспекты, деревья и впредь будут способствовать накоплению подпочвенных вод, если их не станут усиленно вырубать.

Открытая поверхность, покрытая травой, и распаханная земля впитывают меньше влаги. Если раньше почву лугов уплотняли своими копытами дикие и домашние животные, питающиеся травой, то теперь эту функцию взяли на себя сельскохозяйственные машины, создающие еще большее давление. Почва начинает хуже впитывать влагу. Она уплотняется и, в отличие от губки, не восстанавливает свой объем. Вода скатывается по ее поверхности все более быстрыми потоками в ближайшие ручьи, а оттуда – в реки и моря. Для резервуаров подпочвенных вод она уже потеряна. И этот процесс еще больше ускоряется за счет эрозии.

Поверхность лугов и полей нагревает воздух сильнее, чем леса, поэтому земля высыхает быстрее. Ценная влага просто испаряется и уносится ветром, что только ускоряет процесс высыхания. Но самую большую опасность для грунтовых вод представляет не потепление климата, а добыча сырья, в частности сланцевой нефти и газа. Для разрыва пластов под землю накачивается под большим давлением вода. Добавляемые в нее химикаты и песок не позволяют смыкаться разрывам, через которые газ и нефть устремляются наверх. Экосистема не готова к такому грубому вмешательству. Она рассчитана на постоянство условий, которые если и подвергаются изменениям, то крайне медленно. Остается лишь надеяться, что подобные методы добычи не будут распространяться на слишком большие территории.

В целом же лес предоставляет наилучшую защиту для подпочвенных вод. Деревья поддерживают хорошие взаимоотношения с крошечными ракообразными, даже живущими на сотню метров глубже их корней. С другими животными, например с косулями, у буков и дубов складываются порой напряженные отношения, выражающиеся в неприятном привкусе – в самом прямом значении этого слова.