Сложные локальные условия не позволяют полям дюн одновременно переходить в активное состояние

Песчаные дюны, подобно многим экосистемам, имеют более одной «зоны комфорта». Вариации влажности, в частности, могут переводить их из активных, перемещающихся волн сухого песка в закреплённые холмы с почвой, удерживаемой травой и низкими кустарниками. Однако эти изменения не всегда происходят плавно и равномерно. Новое исследование дюн в Китае описывает, как даже соседние дюны могут долгое время оставаться в разных и, казалось бы, противоречивых состояниях, что затрудняет оценку усилий по их стабилизации и маскирует последствия изменения климата.

Более 15 лет профессор географии Университета Висконсин-Мэдисон Джо Мейсон и исследователи из Нанкинского университета (Китай) работали над датировкой слоёв песка и почв на участках дюн, охватывающих более 1000 километров в северном Китае. Они сравнили свои результаты с записями о температуре и осадках. Совместно с экологами, изучавшими другие засушливые экосистемы, они опубликовали анализ 144 участков в журнале Science Advances. «На каждом участке мы можем восстановить периоды, когда дюны были активными и оголёнными, и когда они были стабилизированы растительностью», — говорит Мейсон. «Мы можем показать, что эта мозаика из активных и стабильных песков существовала на протяжении последних 12 000 лет».

В начале этого периода дюнные поля Му-Ус, Отиндэг и Хорчин были почти однородно оголённым песком, но примерно за пять тысячелетий годовое количество осадков в регионе увеличилось почти наполовину. К 6000 лет назад почти все дюнные поля были покрыты растениями, защищавшими их от ветровой эрозии. За последние 6000 лет расчётное количество осадков вернулось к годовым показателям, схожим с теми, что были 12 000 лет назад, и все, кроме примерно 35% дюн, вернулись в песчаное состояние. Однако изменения были далеко не однородными.

«Со временем меняется доля активных песчаных участков, но мы не видим пространственной закономерности внутри дюнных полей, которую можно было бы связать с климатом», — объясняет Мейсон. «Если бы существовал единый порог или просто постепенный переход из одного состояния в другое, мы ожидали бы, что всё дюнное поле будет довольно быстро переходить из одного состояния в другое и обратно по мере изменения климата. Вместо этого мы видим, что каждый локальный участок в своём роде «живёт своей жизнью», решая, когда переключиться с активного на стабильное состояние».

Для превращения оголённой активной дюны в стабилизированную травой и кустарниками требуется больше влаги, чем нужно для поддержания этого стабильного состояния. Аналогично, для удаления растительности и превращения дюны в активный песок требуется более резкий сухой шок, чем для того, чтобы не дать растительному покрову восстановиться. «Существуют обратные связи, которые стремятся удержать систему в определённом состоянии», — говорит Мейсон, чья работа финансировалась Национальным научным фондом США (NSF). Например, активная песчаная дюна — особенно сложное место для того, чтобы семя укоренилось, проросло и распространилось. А когда пыль оседает из воздуха на стабилизированную растительностью дюну, она задерживается под растениями, помогает удерживать больше влаги и сохранять эти растения на месте».

В сочетании с этими обратными связями локальные факторы — различия в размере песчинок, высота над уровнем грунтовых вод, антропогенное вмешательство или особенно сильные ветры — могут быть достаточно мощными на локальном уровне, чтобы удерживать группу дюн в одном стабильном состоянии, в то время как все её соседи переключаются. «Осадки обычно выпадают пятнами и сильно варьируются в пространстве, особенно в таком засушливом регионе, как этот», — отмечает Мейсон. «Таким образом, один сильный ливень может позволить участку, оказавшемуся под этим штормом, пережить короткий засушливый период, который спровоцирует переход к песчаной активности на многих других участках вокруг него».

Хотя регион малонаселён, китайское правительство с 1970-х годов инвестирует в проекты по стабилизации дюн. Обширные сетки из растений или воткнутых в землю кольев призваны предотвратить засыпание песком участков шоссе, пастбищ и железнодорожных путей. «Вы можете даже намеренно изменить условия окружающей среды с помощью этих масштабных программ стабилизации дюн, и всё равно не получите однородной реакции всего дюнного поля, потому что каждый локальный участок будет реагировать в разное время», — говорит Мейсон. «Поэтому это может выглядеть как провал программ по стабилизации дюн».

Мозаичные изменения также могут маскировать ожидаемые эффекты быстрых изменений климата. «Сегодня можно утверждать, что дюны более стабильны, чем должны были бы быть, по сравнению с тем, какими они были 12 000 лет назад, когда расчётное количество осадков было фактически немного выше», — заключает Мейсон. «Отчасти потому, что изменение климата также замедляет скорость ветра в этом регионе, существуют области, которые не достигли той переломной точки, чтобы стать активными песчаными дюнами, которых мы могли бы ожидать».