Naukowcy twierdzą, że „żywa skóra” chroni Wielki Mur Chiński

„Żywa skóra” maleńkich, pozbawionych korzeni roślin i mikroorganizmów, znanych jako „bioskorupa”, pokrywa powierzchnie gleby na Wielkim Murze Chińskim. Zdjęcie:  Bo Xiao

Według ekologa gleby Matthew Bowkera, współautora badania opublikowanego 8 grudnia w czasopiśmie „Science Advances”, te powierzchnie gleby na Wielkim Murze pokryte są „żywą skórą” maleńkich, pozbawionych korzeni roślin i mikroorganizmów, zwanych bioskorupą, która jest źródłem trwałości tego zabytku.

„(Bioskorupa) jest powszechna na całym świecie na glebach suchych regionów, ale zazwyczaj nie szukamy jej na strukturach zbudowanych przez człowieka” - powiedział Bowker, profesor nadzwyczajny na Uniwersytecie Północnej Arizony, w e-mailu.

Wcześniejsze badania wykazały, że bioskorupa porostów i mchów stanowi destrukcyjne zagrożenie dla współczesnych zabytkowych konstrukcji kamiennych ze względu na długoterminowy wpływ społeczności drobnoustrojów na walory estetyczne, produkcję kwasów i innych metabolitów oraz zmianę mikrośrodowisk, które mogą powodować erozję i wietrzenie skał. Odkrycia te doprowadziły do usunięcia roślin rosnących na szczycie części Wielkiego Muru. Jednak efekty bioskorupy wyglądają inaczej w przypadku ziemnych punktów orientacyjnych, a społeczności cyjanobakterii i mchu faktycznie zwiększają stabilność Wielkiego Muru i poprawiają jego odporność na erozję, zgodnie z nowym artykułem.

„Bioskorupa jest bardzo rozpowszechniona na Wielkim Murze”, mówi współautor badania Bo Xiao, „a jej istnienie jest bardzo korzystne dla jego ochrony”. Zdjęcie: Bo Xiao

Badając próbki pobrane z ponad 300 mil (483 kilometrów) na ośmiu odcinkach ubitej ziemi w miejscu zbudowanym za czasów dynastii Ming w latach 1368-1644, autorzy badania odkryli, że ponad dwie trzecie obszaru jest pokryte bioskorupą. Kiedy naukowcy porównali stabilność i wytrzymałość próbek pokrytych bioskorupą z próbkami pozbawionymi „żywej skóry Ziemi”, odkryli, że próbki z bioskorupą były aż trzykrotnie mocniejsze niż te bez niego.

„Sądzono, że ten rodzaj roślinności niszczy Wielki Mur. Nasze wyniki pokazują coś wręcz przeciwnego” - powiedział współautor badania Bo Xiao, profesor gleboznawstwa na Chińskim Uniwersytecie Rolniczym. „Bioskorupa jest bardzo rozpowszechniona na Wielkim Murze, a jej istnienie jest bardzo korzystne dla jego ochrony”.

„Jak koc”

Złożona z takich składników jak sinice, glony, mchy, grzyby i porosty, bioskorupa zamieszkuje wierzchnią warstwę gleby na suchych terenach. Społeczności maleńkich roślin i mikroorganizmów, pokrywające szacunkowo 12% powierzchni planety, mogą rozwijać się przez dziesięciolecia lub dłużej. Tworząc miniaturowe ekosystemy, bioskorupa stabilizuje glebę, zwiększa retencję wody oraz reguluje wiązanie azotu i węgla.

Jest w stanie to zrobić częściowo dzięki gęstej biomasie, która w odpowiednich warunkach działa jako „warstwa przeciw infiltracyjna” dla porów gleby, a także jako naturalna absorpcja składników odżywczych, które sprzyjają uszkodzeniom spowodowanym przez sól. Według nowych badań, wydzieliny i warstwy strukturalne bioskorupy również przeplatają się, tworząc „lepką sieć” agregujących cząstek gleby, które promują wytrzymałość i stabilność przed siłami korozyjnymi zagrażającymi Wielkiemu Murowi.

Tworząc miniaturowe ekosystemy, bioskorupa stabilizuje glebę, zwiększa retencję wody oraz reguluje wiązanie azotu i węgla. Zdjęcie: Bo Xiao

Naukowcy odkryli, że warunki klimatyczne, rodzaj struktury i rodzaj bioskorupy odgrywają rolę w jej funkcji ochronnej, a redukcja erozji jest „znacznie większa” niż ryzyko wietrzenia.

W porównaniu z gołą ubitą ziemią, pokryte sinicami, mchami i porostami sekcje Wielkiego Muru wykazywały zmniejszoną porowatość, zdolność zatrzymywania wody, erozję i zasolenie nawet o 48%, przy jednoczesnym zwiększeniu wytrzymałości na sprężanie, odporności na penetrację, wytrzymałości na ścinanie i stabilności kruszywa nawet o 321%. Bioskorupa z mchu okazała się najbardziej stabilna.

„(Bioskorupa) pokrywa Wielki Mur jak koc, który oddziela go od powietrza, wody i wiatru” - powiedział Xiao.

Zauważył on, że jest odporna na wietrzenie chemiczne, wytwarzając substancje, które działają jak „klej” dla cząstek gleby, wiążąc je ze sobą przed rozproszeniem, dzięki czemu właściwości gleby są silniejsze.

Rola bioskorupy w niepewnej przyszłości

Większość społeczności tworzących bioskorupę bierze swój początek od pojedynczego organizmu, który rośnie i sprawia, że środowisko, w którym rośnie, jest odpowiednie dla innych. Chociaż nadal są one podatne na skutki zmian klimatycznych, oczekuje się, że te stale ewoluujące organizmy wdrożą wewnętrzne mechanizmy, aby dostosować się do przyszłych ekstremów, powiedział Emmanuel Salifu, adiunkt na Arizona State University, który bada rozwiązania oparte na naturze dla zrównoważonej inżynierii.

Ta nieodłączna zdolność adaptacji sprawia, że bioskorupa jest świetnym pretendentem do interwencji opartych na naturze w celu ochrony strukturalnej w naszym ocieplającym się świecie, powiedział Salifu, który nie był zaangażowany w nowe badanie.

„Nawet jeśli mamy cieplejsze temperatury, jest ona już przystosowana do działania w takich warunkach” - powiedział. „Stawiamy hipotezę, że będzie w stanie lepiej przetrwać, jeśli zaprojektujemy jej wzrost na dużą skalę”.

Erozja wiatrowa, szorowanie przez opady deszczu, zasolenie i cykle zamrażania-rozmrażania doprowadziły do pękania i rozpadu tysięcy kilometrów struktur łączących Wielki Mur, który jest zagrożony poważnym zniszczeniem i podatny na zawalenie. Rosnące temperatury i zwiększające się opady deszczu mogą również skutkować zmniejszeniem pokrywy bioskorupy muru.

Autorzy badania twierdzą, że ich praca stanowi argument za zbadaniem możliwości uprawy bioskorupy, aby pomóc w zachowaniu innych obiektów dziedzictwa kulturowego z ubitej ziemi. Zdjęcie: Bo Xiao

Według Salifu, branża budowlana pozostaje podzielona w kwestii historycznego potencjału ochrony bioskorupy. „Konwencjonalny pogląd jest taki, że wzrost biologiczny nie jest dobry dla konstrukcji. Wpływa na estetykę, prowadzi do degradacji, wpływa na ogólną integralność strukturalną" - powiedział. Salifu dodał jednak, że brakuje konkretnych badań, które potwierdzałyby te wnioski, zauważając, że "jury wciąż nie jest „za” w tej sprawie”.

Salifu postrzega nowe badanie jako dowód na potencjalne korzyści płynące z inżynierii bioskorup dla ochrony ziemnych obiektów dziedzictwa kulturowego - choć jest to wciąż rozwijająca się dziedzina. Badania wykazały, że naturalne społeczności roślin i mikroorganizmów „mają zdolność do poprawy integralności strukturalnej, długowieczności i trwałości ziemnych struktur, takich jak Wielki Mur Chiński” - powiedział Salifu.

„Artykuł ten w znacznym stopniu przyczynia się do dalszego przesuwania wskazówek zegara, przybliżając branżę do miejsca, w którym moglibyśmy zacząć myśleć o (inżynierii bioskorupy)” - zauważył. Autorzy badania twierdzą również, że ich praca stanowi argument za zbadaniem możliwości uprawy bioskorupy w celu zachowania innych miejsc dziedzictwa kulturowego na całym świecie.

Poza statusem miejsca turystycznego, które przyciąga miliony odwiedzających każdego roku, Wielki Mur ma ogromne znaczenie kulturowe, dlatego też chroniąca go jest tak istotna, powiedział Xiao. „Wielki Mur jest kulturowym centrum chińskiej cywilizacji” - powiedział on CNN. „Powinniśmy zrobić wszystko, co w naszej mocy, aby chronić go dla naszych następnych pokoleń. Dla naszych dzieci, dla naszych wnuków”