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.).

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).

В тропиках подобными своеобразными памятниками механической деятельности живого вещества являются термитники. Их высота достигает 15 м! Если бы люди умели строить сооружения в таком же соотношении к размерам своего тела, как термиты, то Землю бы украшали небоскребы высотой до 3400 м. Исходный материал для своего строительства термиты, к вящей радости геологов, извлекают с глубины до 12 м (суркам до них далеко!). При этом, располагая термитники на линиях тектонических нарушений и в зонах повышенной трещиноватости пород, они оказывают геологам дополнительные услуги, помогая тем самым в составлении крупномасштабных структурногеоморфологических карт.

В лесных экосистемах важную механическую деятельность в виде строительства плотин осуществляют бобры. Длина некоторых бобровых плотин достигает 100 м, а рекорд, зафиксированный на Джефферсон‑Ривер (штат Монтана, США), составляет 700 м! Течение рек из‑за плотин замедляется; иногда образуется даже целая цепь прудов со слабо проточной водой и широкие выровненные поймы. В запрудах постепенно оседает ил. Если это происходит достаточно долго, то его отложения достигают большой мощности. При перемещении бобровых запруд или их исчезновении плодородные илы обнажаются, покрываясь густой растительностью. Таким путем в Северной Америке образовались богатые пастбища и луга, которые называют «бобровыми». Подобно человеку, но без использования техники, бобры преобразовали облик целой страны. Не зря индейцы считали бобра своим младшим братом, а у американцев существует пословица: «трудиться, как бобр».

Термитники в тропиках и «крепостные» сооружения в пустынях, сусликогенный рельеф полупустынь и бобровые луга лесной зоны – примеры грандиозной механической деятельности живого вещества в наземных экосистемах. С неменьшим успехом эта деятельность осуществляется живым веществом и в морских экосистемах.

На дне моря, как и на суше, организмы роют себе укрытия, причем не только в мягком, но и в скальном грунте. Олигохеты и полихеты углубляются в грунт на 40 см и более. Двустворчатые моллюски зарываются обычно неглубоко, но некоторые из них, например миа, роют норы, которым позавидует и сурок: они достигают глубины нескольких метров. В зоне прибоя и на перемываемом волнами песке – вот беда! – норы не выроешь и гнездо не совьешь. Приходится сверлить скальные породы. И сверлят. Сверлят водоросли и губки, бактерии и моллюски, цианобактерии, полихеты, морские ежи, рачки, мшанки… При этом, если сверление производится механически, образуются мельчайшие «опилки» диаметром в десятки микронов. Только сверлящие губки, живущие на 1 м² морского дна, выделяют за год 250 г таких «опилок».

Сверлильщики появились в далеком геологическом прошлом. Источенные ими породы находят даже в докембрийских отложениях, и поныне они продолжают свою разрушительную работу. Сверлящая деятельность моллюсков фолад вызывает иногда катастрофические последствия. Когда недавно в районе Сочи в результате непродуманного строительства берег лишился гальки, он начал отступать со скоростью до 4 м в год. Главным виновником разрушения были фолады, которые заселили каждый метр скального берега, сложенного сланцами, и принялись дружно сверлить себе подводные норки. К счастью, был найден выход: берег стали укреплять поперечными стенками, а между ними засыпать гальку. В результате сверлильщики были уничтожены: движущаяся под ударами волн галька перемолола их. А в Западной Европе не менее опасную деятельность производит случайно завезенный из Китая мохнаторукий краб – он проник во многие реки и, строя свои норы, подрывает берега и разрушает плотины.

Механическая деятельность живого вещества в значительной мере определяет микрорельеф морского дна. Положительные формы рельефа создаются активными фильтраторами и морской растительностью, скрепляющей отложения, а отрицательные – теми бентосными организмами, которые активно взмучивают ил: бентосными рыбами, декаподами, морскими ежами. Амплитуда микрорельефа обычно не превышает 30–50 см, однако угри, например, способны создавать и более глубокие воронки – до 1 м при диаметре до 3 м. В тропических и субтропических морях дно в прибрежной зоне обычно сплошь перерыто креветкой, выбросы которой имеют форму конусов высотой от 6 до 50 см. А в Баренцевом море в мелководных заливах с илисто‑песчаным грунтом микрорельеф дна определяется конусами выбросов морских червей с высотой 15 см и диаметром основания 20 см. Невольно возникает аналогия с сусликогенным рельефом полупустынь (правда, поверхность морского дна более сглажена воздействием волн). Характер геологической деятельности II рода, осуществляемой живым веществом, оказывается принципиально сходным в море и на суше.

В. И. Вернадский, как мы упоминали в начале главы, подразделял геологическую деятельность живого вещества по характеру протекающих процессов. Несколько иначе подошел к этому вопросу современник Владимира Ивановича Н. И. Андрусов. Он писал, что химическая деятельность организмов вообще, имеющая геологическое значение, может быть сведена к двум категориям: во‑первых, к образованию на наружной поверхности или внутри их твердых выделений, способных сохраняться; во‑вторых, к образованию жидких и газообразных выделений, способных вступать в различные химические реакции с окружающим неорганическим миром. По существу, эту же мысль развивала на современном материале ленинградский микробиолог, доктор биологических наук Т. В. Аристовская. Она указала, что миграция атомов химических элементов может быть как прямым, так и косвенным результатом жизнедеятельности организмов (в первую очередь бактерий). В табл. 4 совмещены классификационные подходы Вернадского (горизонтальные ряды) и Андрусова – Аристовской (вертикальные столбцы).

Таблица 4