Приложение 3. Об осадках, лесах и Сахаре

Сперва некоторые факты.

1. Над всей сушей в виде жидких и твёрдых осадков по данным осадкомерной сети выпадает 1,1$\cdot 10^{14}$ тонн воды в год. При площади суши 1,5$\cdot 10^8$ км${}^2$ это составляет слой воды 800 мм. В виде речного стока (включая грунтовой сток с побережий, вклад которого незначителен) в океан возвращается 3,7$\cdot 10^{13}$ тонн в год. Остальное, т. е. 7,3$\cdot 10^{13}$ т/год, испаряется в атмосферу, причём вклад прямого испарения с рек, озёр и мокрой поверхности относительно невелик; главную часть этого процесса составляет транспирация, т. е. уход влаги через корни, ствол и листья растений в процессе фотосинтеза.

Поскольку существует многолетнее равновесие между площадью суши и океана, то легко понять, что океан в виде осадков над сушей поставляет столько же, сколько получает обратно — 3,7$\cdot 10^{13}$ т/год или 235 мм. Остальные 7,3$\cdot 10^{13}$ т/год (565 мм) циркулируют между сушей и атмосферой, выпадая осадками, испаряясь, снова выпадая… и т. д. — многократно. Это похоже на бассейн с фонтаном и насосом, который перекачивает воду из бассейна в фонтан, а фонтан льёт её обратно в бассейн. В природе роль насоса играет Солнце.

Надо представлять себе, что активный в отношении водообмена слой атмосферы (2–4, ну никак не больше 8 км) представляет собой тонкую плёнку над громадными тысячекилометровыми пространствами суши. При обычных условиях, т. е. при обычном состоянии подстилающей поверхности, влага из атмосферы не будет разноситься далеко; она должна выпадать вблизи мест испарения. Только в особых условиях, когда подстилающая поверхность голая и ничего не испаряет, может возникнуть ситуация, когда ничего не испаряется и ничего не выпадает обратно.

2. Если взять данные о речном стоке четырёх крупнейших рек мира (Амазонка, Конго, Обь, Енисей), текущих в окружении лесных массивов, и об осадках в бассейнах этих рек, то получится следующая картина.

Отношение стока к осадкам для бассейнов этих рек лежит в пределах 0,2–0,5. Это происходит потому, что выпадающие в лесах осадки возвращаются в атмосферу и выпадают снова. Если рассмотреть другие крупные реки (например, Нил, Миссисипи, Волгу, Лену), то там картина будет несколько иная: отношение стока к осадкам больше, приближаясь к 1 (но, конечно, не более 1). Это связано с тем, что в бассейнах таких рек лесов гораздо меньше, там много степей, пашни, пастбищ и испарение гораздо меньше.

3. Мореплаватели в тропических широтах всегда замечали, что над островами, покрытыми лесом, обычно конденсируются облака (кумулюнимбус), даже тогда, когда над окружающим океаном совершенно ясное небо. Создаётся впечатление, что лесистые острова заставляют влагу конденсироваться в облака. Над некоторыми из таких островов ежедневно выпадают дожди.

4. Обратимся к Сахаре и окружающим её пустынным районам. Твёрдо установлено, что всего лишь 5–8 тысяч лет назад (по геологическим и климатическим масштабам это — ничтожный срок) в Сахаре росли леса, текли полноводные реки, был влажный климат, жили многочисленные животные, в том числе такие влаголюбивые, как бегемоты и крокодилы. Трудно представить себе, что такое кардинальное и внезапное изменение климатических условий на ограниченном пространстве земной поверхности произошло само по себе. Гораздо легче (и приятнее) предположить другое: человек уничтожил леса Сахары, а это повлекло изменение климата. Уже древние люди сознательно поджигали леса, чтобы выгнать животных под копья и стрелы охотников (это отражено в наскальных рисунках, которых в Сахаре найдено множество). Когда в этих районах появились скотоводы, то уничтожение лесов ради пастбищ приобрело массовый характер; леса превратились в саванну. Остальное доделали стада: они не только поедали растительность, но и вытаптывали почву. Нужно всего лишь несколько десятилетий, чтобы саванна превратилась в полупустыню, а полупустыня — в пустыню. Осадков стало гораздо меньше, реки пересохли. Таким образом человек может сам, без всякого участия потусторонних сил, превратить рай в ад. Но осуществить обратное превращение гораздо труднее.

Подобное происходило не только в Африке, но и в других местах. Например, занесенные песком древние города в пустынях Средней Азии свидетельствуют о том, что некогда в этих местах была буйная растительность и кипела жизнь.

5. Существует мнение, что в пустынях не растут леса, потому что там нет воды (мало осадков). Но очень возможно, что дело обстоит как раз наоборот: там мало осадков, потому что нет лесов.

Для меня представляет интерес следующий вопрос: если бы в Сахаре вдруг возникли леса (например, объединённое человечество общими усилиями осуществило такой проект), то окажется ли такое состояние устойчивым за счёт действия лишь природных сил и что это дало бы человечеству?

Что касается устойчивости — то этот вопрос должен решаться научными исследованиями. На второй вопрос, который приобретает значение, если научные исследования дадут положительный результат, ответить не особенно трудно.

Площадь Сахары лежит в пределах 6–8$\cdot 10^6$ км${}^2$ (различия в оценках объясняются расхождениями в определении границ пустыни). На этой площади выпадает в среднем за год 3,9$\cdot 10^{11}$ тонн осадков, что соответствует слою воды 55 мм. На окраинах территории, там, где пустыня уступает место другим видам подстилающей поверхности (саванне) осадков больше — до 100–200 мм; в горных районах — до 100 мм. Иногда дождей не бывает несколько лет, но бывают и дожди, даже ливни, от которых возникают пересыхающие реки.

Если бы на этой территории рос субтропический лес, он бы давал ежегодно 1,74$\cdot 10^3$ тонн прироста древесины (сухой биомассы) на каждом км${}^2$, а на всей площади (7 млн. км${}^2$) — 1,2$\cdot 10^{10}$ тонн. Это соответствует энергии 2,1$\cdot 10^{20}$ Джоулей (энергетический эквивалент сухой древесины для всех пород дерева почти одинаков: 1,7$\cdot 10^{10}$ Дж/т; разница между породами в этом смысле определяется разной плотностью и весом древесины). Если учесть, что, например, в 1975 году полное потребление энергии человечеством составило 2,25$\cdot 10^{20}$ Дж (при этом значительная часть расходовалась непроизводительно), то станет ясно, что лес, выращенный в Сахаре, способен удовлетворить энергетические потребности человечества, когда иссякнут запасы нефти, газа, каменного угля. А ведь решение энергетической проблемы означает решение проблемы всех видов ресурсов.

Пояснение. В состав указанного выше прироста биомассы (сырой древесины) войдёт совсем немного воды (например, 2$\cdot 10^3$ тонн/ км${}^2$ или всего 2 мм осадков). Но для этого через ствол дерева и листья должно пройти в виде транспирации в 100–200 раз больше (в зависимости от породы), что соответствует слою осадков в 200–400 мм. Но и это не особенно много.

Если же не всю, а только 4/5 площади Сахары покрыть лесами, оставив 1/4 (1,75$\cdot 10^6$ км${}^2$ ) под сельскохозяйственные угодья, то при двух урожаях в год с этой площади можно прокормить 1,8 миллиарда человек (правда, это при условии, что интенсивность использования сельскохозяйственных площадей будет высокой, например, такой, как в Нидерландах).

А если ещё человечество догадается и сможет путём регулирования рождаемости ограничить свою численность, зафиксировав её на уровне, например, 1 миллиард человек (численность 1850 года), то оно вполне сможет жить долго и счастливо столько, сколько отпустила Природа, т. е. 5–6 миллиардов лет.