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

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].

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.

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.).

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.

Механическая работа живого вещества — II род геологической деятельности — проявляется как в наземных, так и в водных экосистемах.

Интересно, что первая научная работа В. И. Вернадского, написанная еще в студенческие годы, была посвящена именно механической деятельности живого вещества. Она была составлена В. И. Вернадским по материалам почвенной экспедиции 1884 г. в Екатеринославскую губернию и опубликована В. В. Докучаевым без ведома автора в 1889 г.[50] (Вернадский в это время находился в заграничной научной командировке). В этой работе В. И. Вернадский, едва перешагнувший за рубеж своего двадцатилетия, впервые в мировой литературе попытался количественно оценить влияние роющей деятельности сурка. Для самого Вернадского эта работа, видимо, послужила той своеобразной затравкой, из которой через 40 с лишним лет окончательно выкристаллизовалась стройная концепция биосферы.

Роющая деятельность в наземных экосистемах осуществляется главным образом млекопитающими и распространена повсеместно: в лесах, на лугах, в тундрах, степях, полупустынях и пустынях. При этом наибольшее развитие роющая деятельность животных получает в открытых ландшафтах аридной зоны из-за отсутствия там естественных убежищ. Мелкие млекопитающие этой зоны — сурки, суслики и слепыши — буквально перелопачивают почвы и подстилающие их отложения. Благодаря их выбросам в верхние слои почвы попадают первичные невыветрившиеся минералы, которые, разлагаясь, вовлекаются в биогеохимический круговорот. Попутно эти животные иногда оказывают ценные услуги геологам. Вспоминается следующий факт, описанный в научной литературе.

В годы Великой Отечественной войны возникла острая нехватка писчего мела — все его месторождения, расположенные на Украине и в Белгородской области, были захвачены врагом. Новое месторождение, пригодное для эксплуатации, в кратчайший срок было найдено в Казахстане по выбросам из нор сурков. Может быть, заслуга сурков и меньше, чем гусей (которые, как известно, «Рим спасли»), но добрым словом их помянуть стоит.

Как показали исследования Бориса Даниловича Абатурова, в экосистемах полупустыни роющая деятельность животных представляет собой одну из важнейших форм механической работы, ведущей к глубокому преобразованию почв и даже рельефа страны. Норы млекопитающих обеспечивают более интенсивное увлажнение почв атмосферными осадками и поступление воды в более глубокие ее горизонты. Роющая деятельность, продолжаясь в течение тысячелетий, стала важнейшим фактором формирования характерного для полупустынь микрорельефа «сусликогенного» облика, состоящего из микроповышений и западин.

В пустынях в результате совокупной деятельности ветра, растений (шишконосной эфедры), паукообразных, насекомых и мелких млекопитающих (полуденной песчанки) возникают целые «крепостные» сооружения высотой до 5 м. В увлекательной книге А. В. Смирнова «Мир растений» (1982) так описывается процесс их возникновения на примере Каракумов.

Все начинается с того, что вокруг кустиков эфедры ветер надувает холмики песка. Опавшие ветви эфедры цементируются песком, в котором много гипса. Образуется песчаный бугор с прочным куполом, в котором сохраняется постоянная температура. В нем поселяются песчанки, паукообразные, насекомые — обычные обитатели пустыни. Песчанки проделывают в бугре множество ходов, зачастую перегрызая корневища эфедры. Куст местами усыхает, но разрастается дальше своими корневищами. Каждый новый куст собирает вокруг себя песок, и история повторяется сначала. Так в пустыне появляются песчаные города с крепостными стенами (остатками первичного бугра) и башнями (вторичными дочерними буграми).