“Жива шкіра” захистила Велику Китайську стіну від повного руйнування

Більша частина Великої Китайської стіни вкрита мохом, ціанобактеріями і – рідше – лишайниками. Виявляється, така біокірка не повільно руйнує велику фортифікаційну споруду, як вважалося раніше, а, навпаки, захищає її.

Велика Китайська стіна — одна з найграндіозніших історичних споруд: вона сягає майже 8,9 тисячі кілометрів завдовжки, простягнувшись через 17 провінцій північних регіонів КНР, від Ляоніна до Цінхаю. Це досить давня архітектурна пам’ятка: стіну як фортифікаційну споруду зводили з III століття до нашої ери аж до 1644 року, і протягом цього часу вона періодично страждає від дощів та вітру.

Стіна покрита так званою біокоркою, або біокрустом, з ціанобактерій, мохів, лишайників, інших мікроорганізмів та міцно пов’язаних частинок ґрунту. Те, як вони впливають на збереження об’єкта всесвітньої спадщини, до кінця не було ясно: зазвичай рослинність, що природно виникає, вважають шкідливою для пам’яток архітектури, хоча автори наукових праць за останні 30 років намагалися оскаржувати цю точку зору, показуючи, що стійкі до посухи трави можуть служити природним захисником від ерозії. Остаточно розібратися в цьому питанні вирішила команда вчених із Дослідницького центру охорони ґрунтів, води та екологічного середовища Китайської академії наук, Університету Північної Арізони (США) та Інституту природних ресурсів та агробіології Севільї (Іспанія). Їх стаття опублікована в журналі Science Advances .

Багато ділянок Великої Китайської стіни в різні періоди зводили з утрамбованої землі — вона була одним із найпоширеніших матеріалів у минулому. Побудовані таким методом споруди тепер становлять приблизно 10 відсотків Списку Всесвітньої спадщини ЮНЕСКО, здебільшого вони розташовані у регіонах Центральної Євразії із посушливим кліматом.

«Будучи символічною спорудою з утрамбованої землі, Велика Китайська стіна вкрай вразлива для вітрової ерозії, розмивання дощем, засолення та циклів замерзання — відтавання, що призводить до серйозних проблем, таких як розтріскування. Враховуючи наслідки глобальної зміни клімату, стіна перебуває під загрозою серйозної руйнації, що може поставити під загрозу довговічність конструкції із утрамбованої землі. Тільки 5,8 відсотка загальної довжини стіни добре збереглися, а 52,4 відсотка або зникли, або постраждали. Тому стратегії її збереження потрібно реалізувати у терміновому порядку», – наголосили автори дослідження.

Щоб перевірити гіпотезу про те, що біокірки захищають грандіозну пам’ятку архітектури, вчені провели велику роботу: вивчили понад 600 кілометрів ділянки Великої китайської стіни, де клімат сухіший. Проби відбирали на різних частинах споруди як на покритих біокрустом, так і без неї. Потім їх відправили на аналіз до лабораторії.

У вибірку увійшли вісім зразкових ділянок стіни, зокрема Хенченцунь, Сінуїн, Янцзицюань, Люянбао, Чанченчжень, Лаоінчжень, Ерфенгуань та Бяньцянхао, які географічно розподілені по шести повітах у чотирьох провінціях. Період будівництва кожного об’єкта варіювався від 1444 до 1531 року і включав фортеці і стіни.

За підрахунками дослідників, стіна загалом надала сприятливе середовище для біокірок: вони покрили 67,1 відсотка вивчених ділянок. В основному зустрічалися ціанобактерії пологів Tychonema , Leptolingbya , Microceleus , Chroococcidiopsis , Mastigocladopsis і Diplosphaera , а також сімейство мохів порядку поттієві ( Pottiaceae ). Рідше вчені спостерігали лишайники, переважно листоносну кладонію ( Cladonia phyllophora ) і охролехію ( Ochrolechia ).

«Характеристики біокорки, що покриває Велику Китайську стіну, відрізнялися залежно від її типу, клімату та типу ділянки (наприклад, стіна чи фортеця). Так, ціанобактеріальні біокірки домінували у посушливому кліматі: вони покривали в 1,5 раза більшу поверхню, ніж у напівзасушливому кліматі. Навпаки, мохи процвітали у вологому напівзасушливому кліматі: там їхній покрив був на 44,1 відсотка більший, ніж у посушливому кліматі», — розповіли автори статті.

За їхніми словами, рівень розвитку біокорок особливо помітний на фортецях: на них біокрусти займали на 11,9-88,0 відсотка більше площі, ніж на інших ділянках стіни, до того ж були товщі.

Після аналізу вчені дійшли висновку, що біокірки відіграли вирішальну роль у зниженні рівня природної ерозії Великої Китайської стіни: зокрема, вони скоротили загальну пористість утрамбованої землі (сумарний обсяг пір між частинками ґрунту) та знизили в середньому на 5,2 відсотка такий критичний показник , як польова ємність – кількість ґрунтової вологи після того, як надлишок води стек і швидкість руху вниз зменшилася. Причому мох на фортеці зменшив пористість і водоутримуючу здатність на 5,5-22,6 відсотка більше, ніж на стінах.

Також ділянки, вкриті біокрустом, показали зниження ерозійної здатності та засоленості аж до 48 відсотків, водночас підвищивши міцність на стиск (здатність матеріалу або конструкції витримувати навантаження, що призводять до зменшення розмірів), опір проникненню, межа міцності на зсув та агрегативну стабільність. 37-321 відсоток.

Проблема в тому, що самі біокірки, а водночас їхні захисні властивості, знаходяться під загрозою зникнення, зокрема через зміну клімату та інтенсивність землекористування. У міру того, як клімат вздовж Великої Китайської стіни стає жаркішим, товсті біокрусти з переважанням моху можуть поступитися місцем більш тонким ціанобактеріальним кіркам, яким потрібно менше води, додав еколог з Університету Північної Арізони Метью Боукер.

Вчені по всьому світу працюють над тим, щоб навчитися стимулювати повторне зростання пошкоджених біокорок. Але поки що дослідження знаходяться на початковій стадії, оскільки фахівці намагаються зрозуміти, скільки часу цій «живій шкірі» потрібно для зростання в різних кліматичних умовах і за різних рівнів впливу. Оцінки варіюються від кількох років до сторіч.

«Наше дослідження довело, що розвиток біокірок забезпечив Великій Китайській стіні довгостроковий та багатогранний захист від ерозії за рахунок підвищення механічної стабільності та зниження ерозії утрамбованої землі. Ці знання дають важливе розуміння та можливість втручання за допомогою природи з метою збереження пам’яток всесвітньої спадщини у посушливих районах», — підсумували автори наукової роботи.