Черные курильщики Мирового океана

Мы гораздо больше знаем о том, что находится в космосе, чем о том, что расположено в нескольких километрах под поверхностью Земли. Это справедливо и в отношении глубин Мирового океана. В его водах масса загадок еще ждет своего часа. Теме исследования океанских глубин была посвящено выступление сотрудников Института океанологии РАН в Информационном центре Минатома в Новосибирске.

В первой части заведующий лабораторией донной фауны, д.б.н. Андрей Гебрук рассказал об удивительных системах, открытых менее полувека назад, но уже ставших важным объектом изучения для океанологов всего мира. И не только – океанлогов.

В 1977 году группа ученых работала в экспедиции на Галапагосском рифте (океанском разломе в 400 километрах от одноименных островов). Они проводили траление на глубине 2-3 километров, а затем изучали попавшиеся глубоководные формы жизни. По началу улов был небогат, что, в принципе, было ожидаемо. Но очередной трал принес неожиданно богатую добычу: множество желтых медуз, моллюсков в толстостенных раковинах, креветок и рыб нескольких видов. Откуда такое «бурление» жизни на глубине 2400 метров, в довольно холодной воде, без света и под огромным давлением? Что еще интереснее, планктона, которым могли бы кормиться пойманные обитатели океана, в трале практически не было. И в качестве «вишенки на торте», вместе с животными, известными науке, в нем оказались доселе невиданные – метровые белые трубки, из которых торчали красные щупальца. Эти существа назвали вестиментиферами.

Для того чтобы разобраться, что же там такое творится на глубине, в том же году была организована новая экспедиция, уже с глубоководным батискафом «Элвин». Именно ее участники – биологи и геологи – открыли необычное природное явление: на дне рифта было несколько конусовидных образований из которых поднимался… черный дым.

Ученые довольно быстро разобрались, что это вовсе не дым, а фонтаны горячей воды (градусов 300-400), насыщенной половиной таблицы Менделеева (в основном сульфидами металлов). Но за ними так и закрепилось название «черные курильщики». Спустя несколько лет были найдены похожие образования, которые выделяли горячую воду (температурой около 100 градусов), не насыщенную минералами и потому – белого цвета. Как вы, наверное, догадались, их назвали «белыми курильщиками».

Что же это такое, откуда и зачем взялось и почему вызывает интерес ученых? Давайте разбираться, тем более, за прошедшие десятилетия о них удалось узнать немало.

Во-первых, они не уникальные – черные и белые «курильщики» к нашим дням найдены во всех океанах, главным образом, на стыках тектонических плит. Больше того, недавно их обнаружили на дне Байкала (который также расположен на стыке двух расходящихся плит). Правда, фактически, увидеть их не удалось даже с помощью батискафа, поскольку дно глубочайшего озера покрыто многокилометровым слоем донных отложений, а курильщики расположены под ней. Зато в районе Камчатки их можно наблюдать вообще без батискафа, там несколько «курильщиков» расположено в прибрежной зоне, на глубине около метра. Правда, они маленькие – несколько десятков сантиметров высотой. А вот в Калифорнийском заливе в 1986 году экспедиция советских и мексиканских геологов на судне «Академик Мстислав Келдыш» открыла несколько гигантских «курильщиков» - самый высокий достигал 55 метров, а «дым» над ним поднимался еще на 200 метров.

Так что же такое «курильщик». Это гидротермальный источник, по своему строению ближе всего к гейзерам. На дне океана, вода сквозь трещины проникает довольно глубоко под землю. А в местах стыка тектонических плит раскаленная порода литосферы подходит довольно близко к поверхности дна. Вода, соединяясь с ней разогревается до тех самых 300-400 градусов и обогащается химическими элементами, содержащимися в литосфере. А затем, через другие трещины разогретая смесь прокладывает себе дорогу наверх. Так на дне начинает бить «гейзер». Поскольку происходит это обычно на глубине, где температура окружающей воды довольно низкая, то и фонтан с каждым метром вверх остывает (оставаясь горячим в месте выхода на поверхность), твёрдые частицы оседают и формируют вокруг водяных фонтанов конические трубы. Так формируется «черный курильщик». В случае с «белыми курильщиками» - схема похожая, но в создании конуса участвует большей частью донные отложения.

Понятно, почему «курильщиками» интересуются геологи. В частности, они изучают процессы нефтеобразования, которые протекают в некоторых из них. Но не меньший интерес к ним проявляют биологи.

Помните, с чего мы начали? Трал с глубины принес неожиданно богатый улов. Оказалось, что в окрестностях фонтана глубоководного кипятка бурно развивается жизнь, причем, достаточно специфическая. Активно изучать ее начали в конце прошлого века, после создания специальных глубоководных управляемых аппаратов. Миниатюрные подводные лодки позволили исследователям погружаться на глубины в несколько тысяч метров, своими глазами видеть дно и собирать образцы грунта с помощью механических манипуляторов.

Фауна «курильщиков» - это отдельный замкнутый мир, который приспособился жить не просто на глубине (без света и под огромным давлением), но еще и рядом с постоянно работающим гейзером, насыщающим воду вокруг себя ядовитыми химическими соединениями.

Настоящие мастера адаптации. Кстати, в последнее время эти механизмы адаптации заинтересовали исследователей, чьи научные интересы очень далеки от дна океанов. А именно – специалистов по Венере. Исходя из имеющихся сегодня данных, ученые склонны считать, что верхнюю часть атмосферы Венеры составляют плотные облака с высоким содержанием водяного пара и серной кислоты. Считалось, что жизнь в таких условиях невозможна. Но условия обитания в непосредственной близости от «черного курильщика» в чем-то похожи на венерианские. И если некоторые организмы смогли к ним адаптироваться, да еще и успешно размножаться, то, может быть, и венерианская атмосфера не так стерильна, как казалось ранее.

Как и везде самые многочисленные обитатели здешних мест – бактерии и другие микроорганизмы. Ареал их обитания подходит к вершине «курильщика» наиболее близко: там, где стенки трубы имеют толщину 4–6 см, а температура окружающей среды (назвать водой эту смесь язык не поворачивается) равна 100–120 градусам. Эти бактерии сплетаются в единую массу, которую называют – маты, размерами до нескольких квадратных метров.

Ниже, где температура опускается до 50 – 60 градусов располагаются организмы посложнее – помпейские черви. Так их назвали по аналогии с жителями Помпеи, которые жили у подножия вулкана. Сначала их можно было только наблюдать, причем издалека, поскольку при попытке извлечь червяка в более удобные для человека условия, он погибал. Но недавно, используя технику, которая поддерживала необходимое давление среды, учёным из Университета Пьера и Марии Кюри (Франция) удалось поднять червей живыми и здоровыми и доставить их в лабораторию. Тело червя находится в трубке и имеет длину около 12 сантиметров. Они окрашены в ярко-красный цвет, что обусловлено чрезмерно высоким содержанием гемоглобина в их крови. Помимо термоустойчивости, червь еще неплохо справляется с ядовитым содержанием выбросов «курильщика», благодаря живущим в симбиозе с ним сероводород-окисляющим нитчатым бактериям, которые густо покрывают всю его спину. Червь обеспечивает им регулярное омовение водой, а их органические выделения являются для него основным источником пищи.

Долгое время считали, что помпейские черви единственные существа на планете, кроме бактерий, которые могут постоянно жить при таких высоких температурах. Но затем выяснилось, что между ними ползают мелкие кольчатые черви, заселяющие пустые трубки погибших «помпейцев».

Чем дальше от жерла «курильщика», тем богаче становится биосфера. Там, где температура опускается ниже 40 градусов, видны сплетения белых трубок гигантских (до 2,5 м) червей с ярко-алыми щупальцами. Это вестиментиферы, о которых говорилось выше, тоже, по сути, эндемики здешней фауны. Далее пространство вокруг трубы курильщика на несколько десятков метров заселено огромными двустворчатыми моллюсками длиной 30–40 сантиметров. Между ними и в зарослях трубок ползают тысячи белых крабов и слепых раков, миллионы креветок и т. д. Всего на сегодня открыто около 500 различных видов животных, и для 80 % из них нет аналогов на поверхности океана. При этом большинство из них толком не изучено. Так что работы хватит не на одну диссертацию.

А ведь есть еще и загадки, к ответам на которые человек пока даже близко не подобрался. О некоторых из них шла речь во второй части лекции, прочитанной к.б.н. Дмитрием Астаховым (лаборатория океанической ихтиофауны), но о них – в следующий раз.

Сергей Исаев