Следы былых биосфер, или Рассказ о том, как устроена биосфера и что осталось от биосфер геологического прошлого - Андрей Лапо

Свое название бурая водоросль саргассум получила от португальского слова «саргасс» — гроздь винограда. Это желто-коричневые растения с сильно рассеченными «листьями», характерную особенность которых составляют шаровидные пузырьки, наполненные воздухом (они-то и напоминают виноград). Спутанная масса водорослей и обитающих здесь животных представляет собой саргассовое сгущение жизни, выделенное Вернадским.

Классическим примером сгущения жизни такого рода является экосистема Саргассового моря, расположенного у восточных берегов Северной Америки. Его биомасса составляет 4—11 млн. т, т. е. примерно 1% всей биомассы живого вещества фотоавтотрофов Мирового океана. Низкая же годовая продуктивность объясняется своеобразным гидрологическим режимом моря: оно ограничено по контуру эллиптическим течением, и вертикальная перемешиваемость вод слабая.

На территории нашей страны саргассовое сгущение жизни впервые было обнаружено в 1908 г. в северо-западной части Черного моря одним из основоположников отечественной гидробиологии академиком Сергеем Алексеевичем Зерновым (1871—1945). Здесь на площади около 11 000 км² на мелководье располагается скопление не прикрепленной ко дну багрянки филлофоры, по биомассе (5,5 млн. т) не уступающее сгущению Саргассового моря. Сейчас здесь, на «Филлофорном поле Зернова» (так его называют в честь первооткрывателя), организована добыча филлофоры для производства агароида, который находит применение в различных отраслях хозяйства.

Существовали ли саргассовые сгущения жизни в геологическом прошлом? Известные советские палеонтологи Р. Ф. Геккер и Р. Л. Мерклин еще в 40‑е годы высказали хорошо подтвержденное фактами предположение о существовании саргассового сгущения 30 млн. лет назад в олигоценовом море, занимавшем территорию нынешнего Северного Кавказа. Польские ученые А. Ерзманьская и Я. Котларчук считают, что другое такое сгущение жизни одновременно возникло и на территории современных Карпат. Начиная с миоцена (15 млн. лет) под действием тектонических движений и морских течений оно стало перемещаться на запад. К настоящему времени, преодолев 8 тыс. км, оно достигло… Саргассового моря. Если это действительно так, сгущение жизни Саргассового моря — единственное в своем роде, совершившее столь длительное и далекое путешествие по морским просторам.

Рифовое сгущение, коралловые рифы, — третий и последний тип из известных во времена Вернадского сгущений жизни. Коралловые рифы — это массовые мелководные поселения коралловых полипов и других морских организмов, имеющих твердый известковый скелет. Поскольку наиболее известными современными рифостроителями являются кораллы, все рифы иногда называют коралловыми, однако это не совсем верно. Помимо кораллов, рифы создаются деятельностью разнообразных живых существ: зеленых и красных водорослей, моллюсков, иглокожих и других организмов, причем пальма первенства принадлежит зеленым водорослям рода Halimeda и красным Lithotamnion. Ткани самих кораллов буквально набиты фотосинтезирующими симбиотическими водорослями зооксантеллами. В создании автотрофного живого вещества коралловых рифов большую роль играют также цианобактерии.

Рифовые сгущения жизни — одна из самых высокопродуктивных экосистем биосферы. Растут рифы со скоростью 10 см/год, а иногда и до 25. Общая площадь всех рифов мира составляет 600 тыс. км² (что равняется территории Мадагаскара). Один лишь Большой Барьерный риф, протянувшийся вдоль восточного побережья Австралии, превосходит по объему все постройки человека. Состоят рифы из карбоната кальция. В наше время этим никого не удивишь, но попробуйте представить себе, какое впечатление произвела эта новость на плантатора прошлого века, живущего на коралловом острове и годами ввозящего известь из Англии! Об этом случае рассказал один путешественник того времени.

Высокая продуктивность экосистемы коралловых рифов в значительной мере объясняется пористостью самого рифового сооружения: рифообразующие организмы могут «прогонять» через себя огромные объемы воды, отфильтровывая питательные вещества. Честь открытия этого интереснейшего явления принадлежит советскому ученому доктору биологических наук Юрию Ивановичу Сорокину. По его расчетам, вся толща океанских вод профильтровывается рифами за 40 тыс. лет. Благодаря биофильтрации значительных водных масс низкая концентрация биогенных элементов не лимитирует развитие коралловых рифов. Вековечную проблему океанской жизни — «биогенные соли в глубине» — эта экосистема разрешает вполне успешно.

Область распространения современных рифов ограничена водами, имеющими на протяжении года температуру на поверхности не ниже 18°. В силу этого ограничения рифовые сгущения жизни сосредоточены в полосе между 37° с. ш. и 37° ю. ш. Есть у рифообразователей и другие «капризы» — морская вода должна иметь определенную соленость (от 2,7 до 4,0%), быть незамутненной, содержать много кислорода. Наконец, кораллам (точнее, живущим в симбиозе с ними водорослям) нужен свет, и поэтому они живут на глубине не более 40—50 м. А мощность коралловых рифов иногда достигает 1200—1400 м. Каким же образом остатки мелководных организмов оказались на такой значительной глубине?

Первым правильно сумел ответить на этот вопрос Чарлз Дарвин в классическом труде «Коралловые рифы» (1842). Он показал, что формирование коралловых рифов происходит при непрерывном погружении морского дна. Своим ростом кораллы (и другие организмы) компенсируют это погружение, и глубина моря остается примерно одинаковой. А поскольку для длительного роста рифов требуется сохранение скорости прогибания на одном и том же месте, цепочки рифов обычно бывают приурочены к крупным долго живущим разломам. Это обстоятельство позволяет использовать древние рифы для реконструкции тектонического режима геологического прошлого.

Ископаемые рифы имеют широкое распространение. По мнению академика Д. В. Наливкина, в кайнозое и мезозое рифовые известняки составляют главную массу всех известняков. В Ленинграде рифовые известняки можно увидеть не только в Геологоразведочном музее: они использовались для отделки подземного вестибюля станции метро «Площадь Восстания» (а в Москве — станция «Комсомольская»). Присмотревшись, в них можно найти органические остатки — обломки морских лилий (название может ввести в заблуждение: морские лилии — не растения, а животные, ныне вымирающие).

Мы рассмотрели сгущения жизни в океане, выделенные В. И. Вернадским. Современной наукой установлены еще два типа характерных сгущений: апвеллинговое и абиссальное рифтовое.

Апвеллингом (от англ. up — наверх и to well — хлынуть) называется явление подъема глубинных океанских вод к поверхности. А поскольку на большей части Мирового океана развитие жизни лимитируется главным образом недостатком неорганического азота и фосфора, то любой подъем на поверхность донных вод, обогащенных минеральными элементами и углекислотой, оказывает благотворное влияние на развитие жизни. Особенно ярко эта закономерность проявляется в тропических и субтропических районах. Поэтому именно здесь сосредоточены все крупнейшие апвеллинги планетарного масштаба: Канарский, Бенгельский, Сомалийский, Калифорнийский, Перуанский и Экваториальный.

Вот как описывает современный путешественник апвеллинговое сгущение жизни у берегов Аравийского полуострова: «Казалось, что даже в самой атмосфере района апвеллинга ощущалось богатство морской жизни. По сравнению с кондиционированным воздухом в помещениях на судне холодный влажный воздух моря имел вполне определенный стойкий запах рыбы… Стаи дельфинов, порой столь многочисленные, что, казалось, они простираются до самого горизонта, окружали судно, отставая лишь на мгновение, чтобы порезвиться в волнах. Все море, казалось, кипело жизнью».

Воды, обогащенные элементами минерального питания и углекислотой, обычно поднимаются с небольших глубин: приблизительно 100 м и очень редко до 300 м. Скорость подъема вод очень небольшая — от 1 до 5 м в день (представьте лифт, который поднимается с такой скоростью!). Самая мощная продуцирующая система Мирового океана находится в зоне Перуанского апвеллинга. С его площади, занимающей всего 0,02% всей акватории океана, получают до 15—20% мирового улова рыбы.

О безнадежных затеях иногда говорят: «Ищи ветра в поле». Еще труднее, пожалуй, отыскать следы течения в море, существовавшем миллионы лет назад. Выручают некоторые характерные виды радиолярий и своеобразные сочетания различных типов осадков, по которым сейчас успешно выявляют древние апвеллинговые сгущения жизни. Так, львовский ученый, доктор геолого-минералогических наук Юрий Николаевич Сеньковский на основании исследования кремнистых пород недавно оконтурил апвеллинг в море, существовавшем на территории Карпат в меловое время. Выполнены и более древние реконструкции. Показано, например, что в палеозое апвеллинговые сгущения жизни были приурочены к окраинам Сибири, Австралии и Северной Америки. Свидетельством этого являются залежи морских фосфоритов, горючих сланцев и кремнистых толщ в этих регионах.