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

Важнейшим средообразующим фактором в водных экосистемах являются фильтраторы зоопланктона и бентоса. Байкал своей исключительной чистотой обязан тому, что всю его водную массу трижды за год процеживает эндемичный веслоногий рачок эпишура. А организмы, извлекающие из водной толщи для построения своего скелета карбонат кальция или кремнезем, изменяют не только ее солевой состав, но и кислотность среды. Среди морских сообществ, оказывающих наибольшее влияние на окружающую среду, выделяются коралловые рифы, мидиевые банки, поселения морских ежей, заросли бентосных водорослей — макрофитов. Значительное влияние на водную среду оказывают и птичьи базары. У скал, на которых они расположены, прибрежная полоса шириной около 50 м интенсивно обогащается фекалиями птиц. В период гнездования содержание фосфатов и нитратов в морской воде может повышаться больше чем в 100 раз, а площадь участков моря, обогащенных этими элементами, иногда превышает 200 км².

На суше мощнейшим средообразующим агентом являются леса. Они регулируют поверхностный слой, увеличивают количество атмосферных осадков, охраняют поля от суховеев и пыльных бурь, очищают атмосферу от вредных газов и обогащают ее кислородом, озоном и фитонцидами. Гектар леса за год очищает 18 млн. м³ воздуха и обеспечивает кислородом семь человек. Посадки некоторых древесных и даже травянистых культур, обладающих повышенной транспирационной способностью, используются для биодренажа переувлажненных земель. Так, разведение в Колхиде эвкалиптов позволило успешно осушить и преобразовать в благодатный край эту прежде заболоченную и зараженную малярией территорию.

Менее всего средообразующее влияние живого вещества, казалось бы, должно проявляться в слабо заселенных зонах биосферы. Но — очередной парадокс! — именно в пустынях роль живого вещества оказывается весьма значительной. Биогеограф В. С. Залетаев пишет (речь идет именно о пустынях): «Животные и растения здесь наряду с факторами абиотической среды оказываются мощными агентами средообразовательного процесса, влияющими на формирование рельефа поверхности, развитие ветроэрозионных процессов, гидрологические свойства почв и миграцию солей в них, на структуру и плотность поверхности почвогрунтов, особенности микроклимата и в конечном итоге на структуру биогеоценозов и сам облик ландшафтов».

Живое вещество изменяет не только химические, но и физические параметры среды, ее термические, электрические и механические характеристики. Существует, например, аргументированное мнение, что «бабье лето» вызвано деятельностью живого вещества, точнее, осенним пиком деятельности сапротрофов. Все обстоит довольно просто: в это время много разлагающейся органики — значит, при ее разложении сапротрофами выделяется много тепла. Выходит, что «бабье лето» вызывают грибы…

Интересное проявление средообразующей деятельности живого вещества было обнаружено недавно советскими океанологами сначала на Черном, а потом и на Белом морях. Оно получило название «биоэлектрического эффекта». Это явление заключается в создании живым веществом (фитопланктоном) электрического поля с отрицательным зарядом, а скоплениями необиогенного вещества (отмершего планктона) — положительных полей.

Многообразная средообразующая деятельность живого вещества выявляется в последние годы во все большем объеме и в самых различных проявлениях. Один из наиболее общих выводов сформулировали недавно ученые Сибирского отделения АН СССР: «Растительный мир активно влияет на изменение газового состава в атмосфере и соответственно на ионный состав океанической воды, в то время как животные почти не оказывают влияния на атмосферу, но изменяют катионный состав морской воды».

В закономерностях влияния живого вещества на среду, видимо, многое еще остается неизвестным, а то, что известно, нуждается во всестороннем обдумывании и обобщении. Поэтому мы излагали вопрос о средообразующей роли живого вещества так подробно и с привлечением самых разнообразных фактов. Создание общей теории средообразующей роли жизни — дело будущего.

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 биомассы высшие растения испаряют 100 г воды! Что же касается горизонтального переноса водяных паров в глубь континентов, то оно также производится при участии наземных растений. В самом деле, первоначально осадки выпадают лишь на небольшом удалении от источников испарения (морей или крупных озер), затем эта влага впитывается растениями, вновь испаряется ими и переносится в глубь материка воздушными потоками. Этот процесс повторяется неоднократно. Влага, как по ступенькам лестницы, поднимается на «верхние этажи» континентов. Не будь растений, в отдаленные от моря районы континентов она бы, видимо, вообще не попала.

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).

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 этого высказывания и позаимствовано название данной главы). Воздавая должное памяти великого основоположника учения о биосфере, следующее обобщение профессор А. И. Перельман предложил называть «законом Вернадского»: «Миграция химических элементов в биосфере осуществляется или при непосредственном участии живого вещества (биогенная миграция), или же она протекает в среде, геохимические особенности которой (O2, CO2, H2S и т. д.) обусловлены живым веществом, как тем, которое в настоящее время населяет биосферу, так и тем, которое действовало на Земле в течение всей геологической истории».