Глава 3

Физики в заповеднике

Когда, сойдя с маршрутного автобуса Тарту — Эльви — Валга, начинаешь подниматься в гору, из-за ее макушки постепенно возникают сначала очертания главного здания обсерватории Тыравере, а затем и луковки ее телескопов.

Здесь же, в 20 километрах к юго-западу от старинного университетского города Тарту, разместился Институт астрофизики и физики атмосферы (ИАФА) Эстонской академии наук. Его ученые известны своими работами не только в нашей стране.

Вот, к примеру, исследования серебристых облаков, простирающихся над полюсами Земли. Это загадочные образования: они состоят из кристалликов льда, но расположены на таких высотах (70–90 километров), где воды заведомо не может быть!

Эстонские астрономы, действующие совместно с работающими на пилотируемых станциях космонавтами, близки к разгадке этих сложных фотохимических явлений, активно влияющих на земной климат.

Если бы инопланетяне пожаловали к нам на Землю, то, подлетая, пришельцы увидели бы шарик, окутанный слоем атмосферы, облепленный безмятежными белыми облачками и черными грозовыми тучами. Заметили бы инопланетяне и щедро льющийся на планету солнечный дождь. В потоках света яркие земные краски мерцали, переливаясь всеми цветами радуги.

Конечно, среди инопланетян нашлись бы физики. Они тотчас отметили бы, что Солнце посылает на Землю лучи с короткими длинами волн — фиолетовые, синие, а Земля возвращает в космос длинноволновое излучение — оранжевые, красные лучи. Отдает планета в космос и тепло — инфракрасные волны.

Своеобразными «космическими пришельцами» оказались и ученые сектора физики атмосферы ИАФА, которыми уже многие годы руководит доктор физико-математических наук Юхан Карлович Росс. Ведь они вроде бы занялись не своим делом, как бы попали на чужую научную «планету» — биологическую, стали изучать метаморфозы солнечной радиации в растительном покрове.

Прежде чем ехать в Эстонию, автор книги ознакомился с научными трудами Росса. Одна из его монографий называлась «Радиационный режим и архитектоника растительного покрова». На ее обложке был изображен заманчивый зелено-белый лист. Я полагал, что и в монографии страницы будут сплошь «зелеными» — этакая научная экскурсия в мир растений. Не тут-то было! То был совсем не ботанический атлас. Листая страницы, я обнаружил колонки цифр, косяки формул, волны графиков и иероглифы уравнений. То была теоретическая физика в самом прямом и высоком значении этих слов.

Зеленый лист и математические формулы? Парадокс? Ничуть. Все стало на свои места после беседы с Россом.

— Вы спрашиваете, как я, физик, пришел к биологии? — рассказывал ученый. — Это долгая и непростая история… Солнце дарит нам жизнь: греет, кормит. Это пока все еще наше основное богатство. И оно, конечно, требует призора…

Где и сколько радиации поступает на Землю — эти данные регистрирует мировая сеть актинометрических постов, разбросанных по всему земному шару. Наблюдения ведутся постоянно, но сеть эта прежде не давала никаких сведений о радиации, которая необходима растениям. Никто этим не занимался. В основном потому, что не было необходимых приборов. Вот этим сложным делом и занялись Росс и его сотрудники.

Конечно, вначале физики оставались физиками. И посев они воспринимали весьма абстрактно: как оптически однородную среду, рассеивающую солнечные лучи. Ученых прежде всего интересовал баланс лучистой энергии: сколько ее поглотили растения. Но вскоре физикам этого показалось мало.

Под палящими лучами, вооруженные приборами, измеряли физики распределение радиации в посевах кукурузы, сорго, подсолнечника, хлопчатника, составляли и решали сложные дифференциальные уравнения. Вели исследования и все более убеждались в необходимости теснейшего союза с биологами.

Сколько солнца надо хлоропласту, листу, растению, посеву? Ответить на эти вопросы непросто. Вот что рассказал Росс:

— Подчас у растения вроде бы всего вдоволь, а чувствует оно себя неважно… Даем растению достаточное количество воды, удобрений сколько надо, а ему невмоготу. Повышаем дозу вносимых в почву удобрений, но урожай не увеличивается. Более того: растения становятся менее стойкими к болезням, или, скажем, может произойти их полегание. В чем дело? Достигнут предел урожайности? Нет. Просто водоснабжение и минеральное питание перестали быть ограничивающими факторами для фотосинтеза. И чаще всего теперь в этой роли выступает свет, его количество и качество. Вот здесь-то мы, физики, с нашим умением измерять радиацию и можем сказать свое слово…

Бескрайнее поле кукурузы. Или золотой ковер колышущихся на ветру пшеничных колосьев. Мы любуемся этой красотой, но нам, неспециалистам, совершенно невдомек, какие сложные процессы разыгрываются в глубинах этих посевов. Для ответа на тысячи вопросов, которые тут могут возникнуть, необходимо было создать специальные приборы, которые показывали бы, как вдоль стебля растения (по его высоте) изменяется количество поглощенной радиации, температура, влажность и другие характеристики, как меняется густота листвы.

Вскоре выяснилось, что глубины посева — это особый мир. Там, внутри растительного покрова, формируется свой микроклимат. Резко (к корням) уменьшается радиация, убывает скорость ветра. А температура и влажность воздуха повышаются. Поэтому листья соседних ярусов — этажей живут как бы в разных областях. Одни листья — в довольстве и комфорте, другие — в угнетенном стрессовом состоянии.

Параллели и меридианы листа. На многие связанные с ориентацией листьев «почему» и «отчего» ответили совместные исследования физиков и биологов.

Количество уловленного света зависит от содержания хлоропластов, но в среднем лист может поглотить примерно до 90 процентов падающего на него излучения. Допустим теперь, что все листья растения расположены горизонтально, параллельно поверхности земли. Беда! Это значит, что через первый слой листьев вниз прорвется лишь 10 процентов от падающего на растение света. В третий слой листвы уже попадет 10 процентов от 10, то есть 1 процент. И так далее!

Таким образом, при строго горизонтальном положении листьев свет ослабляется очень быстро. И в нижних этажах посева образуется, как говорят физиологи растений, «зона светового голода». Нижние листья практически не будут участвовать в фотосинтезе. Они станут для растений бременем, обузой. Такие листья быстро постареют, пожелтеют (это в самом-то разгаре лета!) и опадут.

Теперь рассмотрим другой предельный случай. Пусть все листья у растения примут вертикальное положение. Тогда, к сожалению, ситуация тоже не будет слишком радостной. Здесь свет как бы заскользит по листьям, от «макушки» растения до его «пят», и хотя все оно оказывается освещенным, каждый лист получает излучение в микроскопических дозах.

Но, понятно, растения со строго горизонтальной или строго вертикальной листвой — это все не самые лучшие образцы. Больше пользы растениям приносит иная структура: верхние листья пропускают достаточно света, нижние — его полностью поглощают. Это оптимум. О нем мечтают селекционеры.

А еще мы забыли упомянуть одну очень важную характеристику: общее число листьев на растении. Если растения занимают гектар земной поверхности, то площадь их листьев гораздо больше — 3–4, а то и все 10 гектаров. А площадь листьев всех растений земного шара (кто-то уже и это подсчитал) равна поверхности планеты-гиганта Юпитера.