Следы былых биосфер, или Рассказ о том, как устроена биосфера и что осталось от биосфер геологического прошлого
Шрифт:
Наконец, пятая основная функция живого вещества в биосфере — транспортная. Еще со времен Ньютона известно, что перемещение потоков вещества на нашей планете определяется силой земного тяготения. Неживое вещество само по себе перемещается по наклонной плоскости исключительно сверху вниз. Только в этом направлении движутся реки, ледники, лавины, осыпи.
Живое вещество — единственный (помимо поверхностного натяжения) фактор, обусловливающий обратное перемещение вещества — снизу вверх, из океана — на континенты, реализующий тем самым «восходящую» ветвь биогеохимического круговорота. В первую очередь это касается воды.
Высшие растения осуществляют транспирацию влаги из почвы в атмосферу. Подсчитано, что при образовании каждого грамма
Растения, как известно, потребляют из почвы не дистиллированную воду, а питательный раствор, состав которого они сами регламентируют (не обходится, правда, без некоторого принудительного ассортимента). Элементам минерального питания растений, таким образом, также обеспечен биогенный транспорт, по крайней мере вертикальный. Вносят свою лепту в вертикальное перемещение вещества в наземных экосистемах и роющие организмы, доставляющие на поверхность материал из подпочвенных горизонтов.
Во второй главе мы уже говорили, что перемещение вещества по латерали в биосфере осуществляется многоклеточными животными, большинство которых обладает активной формой передвижения. В море в транспортировке материала велика роль нектона, в частности рыб и млекопитающих. В глобальном масштабе благодаря транспортной функции живого вещества осуществляется перенос вещества против направления стока. «Питание наземных организмов морской пищей, — писал Вернадский, — идет в таких размерах, что, может быть, компенсирует — во всяком случае возвращает на сушу — соизмеримую часть тех масс химических элементов, которые реки в растворе приносят с суши в море. С мезозойской эры эту роль главным образом играют птицы» [55] . Такую же роль выполняют и стаи морских рыб, поднимающиеся на нерест вверх по рекам, а из пресноводных водоемов значительная часть вещества выносится на сушу полчищами крылатых насекомых. «Мыши и люди, почвы и песни — возможно, всего лишь средства, замедляющие движение атомов к морю», — писал популярный американский писатель и лесовод Олдо Леопольд (1887—1948).
55
Вернадский В. И. Соч., т. 4, кн. 2, с. 93.
Во всех случаях, которые мы рассмотрели выше, транспортная функция осуществляется живым веществом активно. «Двигателем» при этом являются процессы жизнедеятельности. Однако бывает и иначе, когда живые организмы лишь пассивно способствуют перемещению вещества, а в качестве «двигателя» выступают другие механизмы. Такого рода транспортную функцию выполняют цианобактерии и водоросли.
Известно, что дно некоторых водоемов бывает покрыто толстым ковром цианобактерий (в научной литературе такие ковры называют матами). Когда фотосинтез происходит наиболее интенсивно, в матах накапливается кислород. Под действием его подъемной силы фрагменты мата отрываются от дна, захватывая с собой частицы грунта. В устье Волги в весенние дни всплывших дернинок цианобактерий бывает так много, что создается впечатление ледохода. Это — первый случай.
В другом случае пассивную транспортную функцию море осуществляют бентосные бурые водоросли. Во время штормов они отрываются от дна вместе с галькой, к которой прикреплены. По наблюдениям, проведенным на Баренцевом море, вес открываемой таким образом гальки (и даже валунов) в отдельных случаях достигает 3,5 кг. Эти своеобразные «плавсредства» оказываются во власти бушующей стихии и становятся «на якорь» только после того, как волнение стихает — зачастую довольно далеко от места первоначального произрастания.
«Живое вещество охватывает и перестраивает все химические процессы биосферы, — писал Вернадский. — Живое вещество есть самая мощная геологическая сила, растущая с ходом времени» [56] (из
56
Вернадский В. И. Химическое строение биосферы Земли и ее окружения, с. 127.
Глава пятая. Три фактора: био, эко и тафо
Окончательное количество и качество естественных продуктов зависит не только от условий образования, но и в большой степени от условий сохранения
Формирование палеобиогенного вещества в земной коре регулируется тремя факторами. Эти факторы следующие:
первый — продуктивность живого вещества, которое служит исходным материалом при формировании палеобиогенного вещества: биотический (биофактор);
второй — условия, благоприятные для концентрации необиогенного вещества: экологический (экофактор);
третий — обстановка, обеспечивающая переход биогенного вещества в ископаемое состояние: тафономический (тафофактор).
В третьей главе мы рассмотрели, как распределено живое вещество в биосфере. Однако всегда ли высокая концентрация живого вещества и значительная его продуктивность — биофактор — приводят к увеличению количества биогенного вещества в осадках? В некоторых случаях такая связь фиксируется совершенно четко: например, в океане, по свидетельству А. П. Лисицына и М. Е. Виноградова (1982), «максимальное количество биогенного материала накапливается в донных осадках там, где выше первичная продукция». А в озерах, наоборот, установлено, что озера с низким уровнем биологической продуктивности образуют илы с высоким содержанием необиогенного органического вещества. Видимо, существуют и какие-то другие факторы, помимо «био», которые регулируют накопление в осадках биогенного вещества.
С действием этих факторов ученые впервые столкнулись в середине прошлого века, когда протягивали через Атлантику «телеграфический канат» (слова «кабель» еще не существовало). Начиналось целенаправленное исследование океанов, рождалась новая наука — океанология. Впервые были изучены осадки океанских глубин. Их состав оказался неожиданным.
«Отчего же не найдено рыбьих костей, зубов, чешуй, раковин, морских звезд, кораллов и других частей животных, не подверженных скорому тлению?» — писал научный обозреватель того времени. Объяснение было найдено правильное: «Когда эти жители вод, близких к поверхности, умирают, трупы их делаются добычею животных низшей организации, которые, в свою очередь, доходят тем же путем до простых организмов… Еще задолго до того времени, когда остатки животных, обитающих на поверхности моря, дойдут до дна и ассимилируются с его массою, они, может быть, проходят по разным инстанциям и оканчивают это странствование у микроскопических животных, населяющих самые глубокие части моря».
Попытаемся представить себе на минуту, что на Земле существует исключительно автотрофное живое вещество. Тогда накопление необиогенного вещества регулировалось бы только его продуктивностью (другое дело, что жизнь исчерпала бы себя за несколько сотен или тысяч лет). Но на реальной Земле, как известно, существует и гетеротрофное живое вещество. В большинстве случаев сапротрофы при мощной поддержке абиотических факторов с честью справляются со своей трудной задачей — разложить необиогенное вещество на простые составные части, пригодные для повторного использования живым веществом: углекислый газ, воду, сероводород, аммиак и т. д.