Почему деревья озера Каинды не сгнили за 130 лет под водой?

Из воды озера Каинды в Казахстане поднимаются десятки голых еловых стволов. Над поверхностью они давно побелели и лишились ветвей, тогда как под водой на тех же деревьях сохранились боковые сучья. Со стороны кажется, что холодное горное озеро законсервировало лес сразу после его гибели. На самом деле древесина продолжает разрушаться, просто этот процесс идет иначе, чем на суше. Более того, недавнее исследование годичных колец показало, что лес находится в воде не с 1911 года, как считалось раньше, а, вероятно, с 1889-го.

Как лес оказался на дне озера

Каинды находится в казахстанской части Тянь-Шаня на высоте 1867 метров. Длина озера составляет около 445 метров, ширина — примерно 100 метров, а максимальная глубина достигает 30 метров. До его появления по этой долине текла река, вдоль которой рос лес из ели Шренка — характерного хвойного дерева северного Тянь-Шаня.

Озеро возникло после схода крупного оползня. Около восьми миллионов кубометров камня и грунта перегородили русло, образовав естественную плотину. Вода начала скапливаться выше завала и постепенно затопила участок леса. Поэтому деревья не падали в уже существовавшее озеро и не были принесены течением: вода поднялась непосредственно вокруг стоящих елей.

Наполнение котловины происходило достаточно быстро. Объём озера исследователи оценивают примерно в два миллиона кубических метров, тогда как расчетный годовой приток с окружающих склонов мог достигать десяти миллионов. Даже с учетом стока через плотину и испарения вода могла подняться до высокого уровня в течение нескольких месяцев.

Для елей этого оказалось достаточно. После затопления поры почвы заполнились водой, доступ кислорода к корням резко сократился, и деревья погибли. Но их корневые системы остались в грунте, поэтому стволы сохранили вертикальное положение. Именно эта деталь позднее позволила определить время образования озера по последним годичным кольцам.

Почему озеро долго связывали с землетрясением 1911 года

Наиболее распространенная версия относила появление Каинды к Кеминскому землетрясению 3 января 1911 года. Его магнитуду оценивают примерно в 7,8-8,0. Толчки вызвали в Тянь-Шане многочисленные обвалы и оползни, а общая длина разрывов земной поверхности достигала 155-195 километров. Поэтому образование еще одного оползневого озера хорошо вписывалось в известные последствия катастрофы.

В 2022 году эту версию поддержало первое специальное исследование годичных колец Каинды. Авторы изучили восемь фрагментов древесины и два керна из затопленных стволов, после чего сопоставили их с кольцами живых елей. Четыре погибших дерева получили конечную дату 1912 год. Из этого был сделан вывод, что лес затопило после землетрясения 1911 года.

Однако при датировке старой древесины недостаточно просто сосчитать кольца. Их ширина меняется от года к году в зависимости от температуры и осадков, образуя характерную последовательность. Ее сравнивают с точно датированной хронологией живых деревьев. Если доступный участок короткий или образцов мало, внешне похожие последовательности можно совместить неправильно.

Именно это, по всей видимости, произошло с первой датировкой. В новом исследовании ученые использовали образцы 32 погибших деревьев и 50 живых елей, а результат проверили по семи независимым хронологиям из разных районов Тянь-Шаня. Последовательность колец 27 затопленных деревьев охватила период с 1717 по 1888 год. Два ранее исследованных ствола, последние кольца которых относили к 1912 году, были передатированы 1882 годом, а еще два спорных образца исключили.

Что указывает на землетрясение 1889 года

Новая дата основана не только на затопленных стволах. Учёные также исследовали ели, растущие непосредственно на поверхности оползня. Расчетные даты их прорастания начинаются примерно с 1898 года. У одного из деревьев первые измеренные кольца на высоте отбора образцов относились к 1913 году, а время его появления у основания ствола оценили приблизительно как 1901 год. Следовательно, завал уже существовал до Кеминского землетрясения и не мог образоваться в 1911 году.

Последние сохранившиеся кольца большинства затопленных елей относятся к промежутку между 1882 и 1888 годами. Следующий год хорошо известен по историческим документам: 11 июля 1889 года в регионе произошло Чиликское землетрясение магнитудой около 8,0-8,3. Оно вызвало сильные разрушения и многочисленные обвалы в верховьях реки Чилик. В соседней долине Саты оползни перекрыли реку и также образовали небольшое озеро.

Современные геологические исследования обнаружили следы разрыва 1889 года всего в 8,5 километра от Каинды. Для этой местности реконструирована интенсивность до IX баллов по шкале MSK-64, при которой на крутых склонах вероятны крупные обвалы. Совпадение времени, близость разрыва и возраст деревьев на завале позволяют связать образование Каинды именно с Чиликским землетрясением.

Это остается научной реконструкцией, поскольку прямого описания появления озера не сохранилось. Экспедиция, изучавшая последствия землетрясений в начале XX века, долину Каинды подробно не обследовала. Тем не менее версия 1889 года объясняет сразу два независимых набора данных: гибель старого леса после 1888 года и появление новых деревьев на оползне до 1911-го.

Почему затопленные деревья не сгнили за сто лет

После гибели дерева его древесину начинают разрушать грибы и бактерии. На суше особенно заметна работа грибов белой и бурой гнили. Они выделяют ферменты, расщепляющие целлюлозу, гемицеллюлозу и лигнин — вещества, из которых построены клеточные стенки. Для активного развития большинству таких грибов необходимы одновременно влага и кислород.

После затопления древесина Каинды полностью пропиталась водой. Ее поры и внутренние полости больше не заполнены воздухом, поэтому кислород проникает в толщу ствола значительно медленнее. Само озеро нельзя считать бескислородным: его поверхность контактирует с атмосферой, а вода перемешивается. Однако внутри водонасыщенной древесины кислорода недостаточно для быстрого развития обычных наземных грибов-разрушителей.

Вторым ограничением стала температура. По данным исследователей, даже летом вода Каинды не прогревается выше шести градусов. При такой температуре замедляется размножение микроорганизмов и снижается активность ферментов, которыми они разрушают древесину. Холод не прекращает процесс, но заметно уменьшает его скорость.

Стабильное пребывание под водой также избавляет стволы от постоянного намокания и высыхания. На воздухе эти циклы заставляют древесину попеременно расширяться и сжиматься, создавая трещины. Под водой влажность почти не меняется, поэтому механическое разрушение идет слабее. В результате сочетание холода, постоянной водонасыщенности и ограниченного доступа кислорода растянуло распад леса на столетия.

Полностью разложение при этом не остановилось. Внутри затопленных стволов могут работать так называемые эрозионные бактерии, способные существовать при очень низком содержании кислорода. В более насыщенных кислородом участках древесину поражают грибы мягкой гнили. Они действуют медленнее обычных наземных грибов, поэтому внешняя форма дерева сохраняется дольше.

Почему надводная часть леса разрушается быстрее

Граница воды наглядно показывает разницу между двумя средами. Подводные ветви остаются в холоде и при постоянной влажности. Верхние части стволов нагреваются солнцем, намокают под дождем, высыхают и замерзают. Ультрафиолет изменяет лигнин в поверхностном слое, продукты его распада смываются осадками, а перепады влажности постепенно растрескивают древесину.

Поэтому торчащие из воды стволы побелели, а тонкие ветви и кора на них исчезли. Ниже поверхности многие сучья сохранились. Иногда их покрывают водоросли и другие водные растения, из-за чего издалека кажется, будто у погибших елей осталась хвоя. В действительности зеленый покров уже не относится к самим деревьям.

В 1980 году естественную плотину частично прорвало, и уровень озера снизился примерно на десять метров. Поток прорезал в завале глубокий канал, а следы паводка сохранились на протяжении более двух с половиной километров ниже по долине. Часть ранее затопленных стволов оказалась на воздухе и начала разрушаться быстрее. Старый уровень до сих пор заметен по светлой полосе на древесине.