«Живая кожа» защитила Великую Китайскую стену от полного разрушения

Великая Китайская стена — одно из самых грандиозных исторических сооружений: она достигает почти 8,9 тысячи километров в длину, протянувшись через 17 провинций северных регионов КНР, от Ляонина до Цинхая. Это достаточно древний архитектурный памятник: стену в качестве фортификационного сооружения возводили с III века до нашей эры вплоть до 1644 года, и на протяжении этого времени она периодически страдает от дождей и ветра.

Стена покрыта так называемой биокоркой, или биокрустом, из цианобактерий, мхов, лишайников, других микроорганизмов и прочно связанных частиц грунта. То, как они влияют на сохранность объекта всемирного наследия, до конца не было ясно: обычно естественно возникающую растительность считают вредной для памятников архитектуры, хотя авторы научных работ за последние 30 лет пытались оспаривать эту точку зрения, показывая, что устойчивые к засухе травы могут служить естественным защитником от эрозии. Окончательно разобраться в этом вопросе решила команда ученых из Исследовательского центра охраны почв, воды и экологической среды Китайской академии наук, Университета Северной Аризоны (США) и Института природных ресурсов и агробиологии Севильи (Испания). Их статья опубликована в журнале Science Advances.

Многие участки Великой Китайской стены ​​в разные периоды возводили из утрамбованной земли — она была одним из самых распространенных материалов в прошлом. Построенные таким методом сооружения теперь составляют примерно 10 процентов Списка Всемирного наследия ЮНЕСКО, по большей части они расположены в регионах Центральной Евразии с засушливым климатом.

«Будучи символическим сооружением из утрамбованной земли, Великая Китайская стена крайне уязвима для ветровой эрозии, размыва дождем, засоления и циклов замерзания — оттаивания, что приводит к серьезным проблемам, таким как растрескивание. Учитывая последствия глобального изменения климата, стена находится под угрозой серьезного разрушения, что может поставить под угрозу долговечность конструкции из утрамбованной земли. Только 5,8 процента общей длины стены хорошо сохранились, а 52,4 процента либо исчезли, либо сильно пострадали. Поэтому стратегии ее сохранения нужно реализовать в срочном порядке», — подчеркнули авторы исследования.

Чтобы проверить гипотезу о том, что биокорки защищают грандиозный памятник зодчества, ученые проделали большую работу: изучили свыше 600 километров участка Великой китайской стены, где климат более сухой. Пробы отбирали на различных частях сооружения — как на покрытых биокрустом, так и без него. Затем их отправили на анализ в лабораторию.

В выборку вошли восемь образцовых участков стены, в том числе Хэнчэнцунь, Синуин, Янцзицюань, Люянбао, Чанчэнчжэнь, Лаоинчжэнь, Эрфэнгуань и Бяньцянхао, которые географически распределены по шести уездам в четырех провинциях. Период строительства каждого объекта варьировался от 1444 до 1531 года и включал в себя крепости и стены.

По подсчетам исследователей, стена в целом предоставила благоприятную среду для биокорок: они покрыли 67,1 процента изученных участков. В основном встречались цианобактерии родов Tychonema, Leptolingbya, Microceleus, Chroococcidiopsis, Mastigocladopsis и Diplosphaera, а также семейство мхов порядка поттиевые (Pottiaceae). Реже ученые наблюдали лишайники, преимущественно кладонию листоносную (Cladonia phyllophora) и охролехию (Ochrolechia).

«Характеристики биокорки, покрывающей Великую Китайскую стену, различались в зависимости от ее типа, климата и типа участка (например, стена или крепость). Так, цианобактериальные биокорки доминировали в засушливом климате: они покрывали в 1,5 раза большую поверхность, чем в полузасушливом климате. Напротив, мхи процветали в более влажном полузасушливом климате: там их покров был на 44,1 процента больше, чем в засушливом климате», — рассказали авторы статьи.

По их словам, уровень развития биокорок особенно заметен на крепостях: на них биокрусты занимали на 11,9-88,0 процента больше площади, чем на других участках стены, к тому же были толще.

После анализа ученые пришли к выводу, что биокорки сыграли решающую роль в снижении уровня естественной эрозии Великой Китайской стены: в частности, они сократили общую пористость утрамбованной земли (суммарный объем пор между частицами почвы) и снизили в среднем на 5,2 процента такой критический показатель, как полевая емкость — количество почвенной влаги после того, как избыток воды стек и скорость движения вниз уменьшилась. Причем мох на крепостях уменьшил пористость и водоудерживающую способность на 5,5-22,6 процента больше, чем на стенах.

Также участки, покрытые биокрустом, показали снижение эрозионной способности и засоленности вплоть до 48 процентов, в то же время повысив прочность на сжатие (способность материала либо конструкции выдерживать нагрузки, приводящие к уменьшению размеров), сопротивление проникновению, предел прочности на сдвиг и агрегативную стабильность на 37-321 процент.

Проблема в том, что сами биокорки, а вместе с тем их защитные свойства, находятся под угрозой исчезновения, в том числе из-за изменения климата и интенсивности землепользования. По мере того как климат вдоль Великой Китайской стены становится жарче, толстые биокрусты с преобладанием мха могут уступить место более тонким цианобактериальным коркам, которым требуется меньше воды, добавил эколог из Университета Северной Аризоны Мэтью Боукер.

Ученые по всему миру работают над тем, чтобы научиться стимулировать повторный рост поврежденных биокорок. Но пока исследования находятся на начальной стадии, поскольку специалисты пытаются понять, сколько времени этой «живой коже» нужно для роста в разных климатических условиях и при различных уровнях воздействия. Оценки варьируются от нескольких лет до столетий.

«Наше исследование доказало, что развитие биокорок обеспечило Великой Китайской стене долгосрочную и многогранную защиту от эрозии за счет повышения механической стабильности и снижения эрозии утрамбованной земли. Эти знания дают важное понимание и возможность вмешательства с помощью природы с целью сохранения памятников всемирного наследия в засушливых районах», — подытожили авторы научной работы.