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

Все меньше и меньше остается лесов: Их истребляют, Их убивают, Их сортируют И в дело пускают. Их превращают В бумажную массу, Из которой получают миллиарды газетных листов, Настойчиво обращающих внимание публики На крайнюю опасность истребления лесов.

По абсолютному количеству биомассы суша во много раз превосходит океан, однако накопления биогенного вещества на континентах, как правило, не происходит. Вернадский писал по этому поводу: «Мы имеем здесь очень совершенное динамическое равновесие, которое приводит к тому, что огромная геохимическая работа живого вещества суши оставляет после десятков миллионов лет своего существования ничтожные следы в твердых телах, строящих земную кору». [47] Зримые следы развития биосферы сосредоточены главным образом в осадках водных экосистем.

47

Вернадский В. И. Соч., т. 5, с. 98.

Думаю, что этот феномен объясняется тем, что на суше почти не образуется неорганическое биогенное вещество: высшие растения предпочитают строить свой каркас из лигнина, а не из карбоната кальция или кремнезема, как морские организмы. В результате этого после отмирания растений их остатки в обычных условиях разлагаются полностью.

Наконец, последним типом экосистем Земли являются континентальные водоемы.

Как-то в разгаре короткого якутского лета мне довелось купаться в старице реки Лены, где вода была настолько переполнена дафниями, что по консистенции напоминала густой компот. Этот «живой компот» являл собой наглядную иллюстрацию представлений В. И. Вернадского о пресноводных сгущениях жизни.

Главная масса поверхностных вод суши сосредоточена в лужах, озерах и болотах (а не в реках). На континентах Вернадский выделял характерный тип сгущения жизни — сгущения стоячих водоемов. Основными здесь являются озера.

Состав живого вещества в стоячих и текучих водах суши значительно различается. В текучих водах отсутствует планктон, и единственными фотоавтотрофами являются прикрепленные бентосные растения. В противоположность этому живое вещество стоячих водоемов имеет большое сходство с сообществами морской среды, особенно прибрежного сгущения жизни. Здесь интенсивно развивается фитопланктон, который состоит главным образом из водорослей и цианобактерий. Фитопланктон в стоячих водоемах играет важную роль, ибо он не только является основой большинства трофических цепей, но и снабжает воду кислородом (в дневное время). По глубине озера редко выходят за пределы фотобиосферы, и фотосинтез обычно происходит по всей водной толще. Крупных водорослей в озерах мало, и большую часть многоклеточных фотоавтотрофов составляют высшие растения (цветковые). Как и в море, имеется зоопланктон, в состав которого входят простейшие, коловратки и ракообразные (к последним относятся и упомянутые выше дафнии). Бентос представлен двустворчатыми моллюсками и червями, а на небольших глубинах — и личинками двукрылых насекомых (в том числе и хорошо известным аквариумистам «мотылем» — личинками комара-звонца). Черви и личинки двукрылых являются в озерах наиболее активными илоедами. В благоприятных условиях черви за год наслаивают в озерах несколько миллиметров экскрементов.

Мы рассмотрели сгущения и пленки жизни, существующие в современной биосфере. Не сразу и не вдруг появились они на Земле (к этому вопросу мы вернемся в главе пятой). Однако во все времена они играли важнейшую роль в формировании облика нашей планеты. Именно они — каждое по-своему — создали следы ее былых биосфер. «Скопления жизни являются областями мощной химической активности… — писал В. И. Вернадский. — Каждая живая пленка и каждое сгущение жизни есть область создания определенных химических продуктов… Для большинства геохимических проблем достаточно изучить лишь эти области жизненных сгущений — концентрации жизни: они охватывают большую массу жизни» [48] .

48

Вернадский В. И. Соч., т. 5, с. 85, 89, 285.

Глава четвертая. Самая мощная геологическая сила

Невозможно понять историю осадочных пород, если не принимать во внимание мощного влияния организмов на миграцию веществ в земной коре и на образование осадков.

Л. С. Берг. 1944

Работа живого вещества в биосфере, по Вернадскому, может проявляться в двух основных формах: а) химической (биохимической) — I род геологической деятельности; б) механической — II род такой деятельности.

Геологическая деятельность I рода — построение тела организмов и переваривание пищи — конечно, является более значимой. Классическим стало функциональное определение жизни, данное Фридрихом Энгельсом: «Жизнь есть способ существования белковых тел, существенным моментом которого является постоянный обмен веществ с окружающей их внешней природой, причем с прекращением этого обмена веществ прекращается и жизнь» [49] (курсив Энгельса. — А. Л.).

49

Маркс К., Энгельс Ф. Соч., т. 20, с. 616.

Собственно говоря, постоянный обмен веществ между живым организмом и внешней средой и обусловливает проявление большинства функций живого вещества в биосфере, которые мы рассмотрим в этой главе книги. По подсчетам специалистов, в течение жизни человека через его тело проходит 75 т воды, 17 т углеводов, 2,5 т белков, 1,3 т жиров. Между тем по геохимическому эффекту своей геологической деятельности I рода человек отнюдь не самый важный вид разнородного живого вещества биосферы. Наиболее эффективную деятельность в этом отношении осуществляют на суше — грунтоеды (главным образом дождевые черви), а в океане — илоеды и фильтраторы.

Первым обратил внимание на геологическую деятельность дождевых червей Чарлз Дарвин. За год до своей смерти, в 1881 г., он выпустил фундаментальный труд «Образование растительного слоя деятельностью дождевых червей» (столетие со дня его выхода в свет было отмечено проведением Международного симпозиума по экологии дождевых червей). Дарвин убедительно доказал, что весь слой почвы непрерывно перерабатывается дождевыми червями. По его подсчетам, слой экскрементов, выделяемых дождевыми червями на плодородных почвах Англии, составляет около 5 мм в год. Отсюда следует, что почвенный пласт мощностью в 1 м дождевые черви полностью пропускают через свой кишечник за 200 лет!

Кажется, что дождевые черви созданы самой природой специально для пищеварения: они способны переваривать почти любые органические вещества, включая и новинки человеческой технологии. При этом дождевые черви заглатывают многие элементы в количествах, значительно превышающих их потребности, а избытки выделяют в окружающую среду. В результате почва, в которой находится достаточное количество червей, содержит вдвое больше магния, впятеро — азота, в 11 раз — калия, чем лишенная червей. Можно себе представить, каких размеров достигает суммарный геохимический эффект деятельности дождевых червей, если при этом учесть, что по произведенным в США расчетам биомасса червей там в 10 раз превышает массу человеческого населения!

В донных отложениях современных водоемов фекальные комочки беспозвоночных распространены также очень широко и нередко являются основной частью осадка. В Южной Атлантике, например, современные осадки илов почти нацело слагаются фекалиями фильтрующих планктонных ракообразных, а по берегам Северного моря донные осадки, образованные фекалиями мидий (также — фильтраторов), имеют мощность до 8 м. По своей «пропускной способности» с дождевыми червями в океане могут конкурировать их близкие родственники, представители того же типа кольчатых червей — полихеты. Как и в случае дождевых червей, химический состав субстрата при этом существенно изменяется: по сравнению с исходными илами он обогащается кальцием, железом, магнием, калием и фосфором.

Таким образом, пищеварительная деятельность грунтоедов на суше и илоедов и фильтраторов в океане является важным геохимическим фактором биосферы. По мнению ученых Ростовского университета, настало время говорить о рождении новой отрасли геохимии — трофической геохимии. Ее основной проблемой является исследование процессов химического преобразования субстрата при его прохождении через пищеварительный тракт массовых видов грунтоедов, илоедов и фильтраторов.

Ископаемые остатки фекалий — их называют копролитами — известны в геологических отложениях начиная с ордовика. Бесспорно, однако, что большая часть копролитов при геологических описаниях не учитывается. Происходит это из-за слабой изученности вопроса и из-за отсутствия четких диагностических признаков для определения копролитов. Чаще фиксируются в древних осадках следы проедания илоедов — бесспорные свидетельства существования в геологическом прошлом I рода геологической деятельности живого вещества.