Андрей Лапо - Следы былых биосфер, или Рассказ о том, как устроена биосфера и что осталось от биосфер геологического прошлого
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
Иоганнес Вальтер, 1895Формирование 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.
Иногда, однако, полного разложения необиогенного вещества все же не происходит. Деятельность сапротрофов может быть подавлена как сухостью климата (в пустыне), так и чрезмерной увлажненностью обстановки (в болоте), низкой температурой (в тундре) или токсичностью среды. В воде сфагновых болот, например, имеются фенолы, обусловливающие ее стерильность. И не зря в средние века моряки, отправляясь в дальние плавания, запасались именно такой водой. Неоценимую помощь оказывает она и археологам, консервируя на века деревянные остатки человеческой культуры: остатки свай, настилы мостовых, лодки, весла, мелкие поделки.
Полнота разложения необиогенного вещества в значительной мере зависит и от длительности протекания процессов деструкции. Так, в озерах и неглубоких частях океана, где планктонную пленку от донной отделяют лишь немногие метры водной толщи, количество попавшего в осадок детрита будет, конечно, значительно больше, чем в глубоководных морских бассейнах. Сейчас подсчитано, что из всей необиогенной органики в глубоководной части океана накапливается только 2,7%, на шельфах и континентальном склоне — 26,3%, а на заболоченных участках суши и во внутриконтинентальных мелководных водоемах — 71%.
Московский ученый Дмитрий Викторович Панфилов, труды которого мы уже неоднократно цитировали, выступая на 23‑м Международном географическом конгрессе в Москве (1976), впервые предложил выделить три основных типа экосистем: транзитный, автономный и аккумулятивный. Транзитные экосистемы характеризуются постоянным привносом и выносом элементов минерального питания растений, автономные — слабым привносом и выносом, а аккумулятивные — значительным привносом и слабым выносом вещества (рис. 6). В качестве примеров аккумулятивных систем Д. В. Панфилов привел океанические абиссали, мангры, болота и др. Накапливается же здесь не что иное, как необиогенное вещество — органическое (в манграх и болотах) или неорганическое (океанические абиссали). Дальнейшее развитие и уточнение этой концепции было произведено Д. В. Панфиловым в монографии «Классификация, география и антропогенная трансформация экосистем» (1980), написанной совместно с Ю. А. Исаковым и Н. С. Казанской.
Рис. 6. Типы экосистем (по Панфилову, 1976): 1 — транзитный тип; 2 — автономный; 3 — аккумулятивный. Стрелками обозначен поток питательных веществ
Фактор, обеспечивающий концентрацию необиогенного вещества в экосистемах, недавно было предложено называть экофактором[57]. Первым, кто подчеркнул важности этого фактора при накоплении каустобиолитов, был известный советский микробиолог Владимир Оттонович Таусон (1894—1946), автор блестяще написанных научно-популярных книг «Наследство микробов» (1947) и «Великие дела маленьких существ» (1948).
К компетенции экофактора можно отнести и условия, исключающие привнос в экосистему значительных количеств терригенного материала, разбавляющего необиогенное вещество: выровненный рельеф окружающей территории и слабые колебательные движения земной коры. Те участки биосферы, в которых происходит формирование биогенных или хемогенных осадков, не нарушаемое привносом терригенного материала, называют бассейнами концентрации. К ним, по представлениям академика Дмитрия Васильевича Наливкина (1889—1982), относятся бассейны, где накапливаются фосфатные, марганцевые, железистые и другие осадки; бассейнами концентрации являются и торфяные болота.
Все приведенные выше рассуждения относятся к той начальной стадии формирования осадочных пород, которая протекает в биосфере. В масштабе геологического времени консервация необиогенного вещества в аккумулятивных экосистемах — явление сугубо временное, нечто вроде хранения багажа в автоматической камере на вокзале. Нормально жизнь забирает обратно свой багаж (то бишь необиогенное вещество). Нужны какие-то исключительные обстоятельства, чтобы ячейка камеры хранения осталась невскрытой, а багаж — замурованным в ней. При аккумуляции осадков таким чрезвычайным обстоятельством является процесс захоронения.
«Основным содержанием процесса образования любого местонахождения (органических остатков. — А. Л.) нужно считать превращение органических остатков из компонентов биосферы в компоненты литосферы, — писал И. А. Ефремов[58]. — Продукты биосферы, переходя в литосферу, становятся членами минеральных ассоциаций осадочных пород и в качестве таковых подчиняются всем закономерностям и дальнейшим судьбам процессов литосферы. Самый переход остатков биосферы в литосферу мы и называем захоронением».
Только так. Только будучи удаленным из биосферы, т. е. став изолированным от процессов активного разложения, необиогенное вещество получает шанс на сохранение в течение миллионов лет геологической истории. Только перестав быть осадком и превратившись в горную породу.
Классик геологии немецкий ученый Иоганнес Вальтер, слова которого мы цитировали в эпиграфе к этой главе, лаконично сформулировал следующий тезис: «Отложениями мы называем все образующиеся скопления вещества — породами делаются лишь те, которые сохранились».
Переход биогенного вещества в ископаемое состояние, его трансформацию из необиогенного вещества в палеобиогенное можно назвать тафофактором формирования осадочных пород (от греческого слова «тафос» — могила). Применительно к палеонтологии учение о захоронении органических остатков в земной коре (тафономию) создал Иван Антонович Ефремов (1907—1972) — выдающийся палеонтолог и писатель, известный миллионам читателей как автор романов «Туманность Андромеды», «Лезвие бритвы» и других произведений.
