2020-06-12
187
| Элемент | Концентрируется ежегодно при фотосинтезе, т | Мировые запасы сырья, т |
| Углерод | 1011 | 1012 |
| Фосфор | 109 | 1010 |
| Хром | 105 | 108 |
| Марганец | 107 | 108 |
| Железо | 108 | 1011 |
| Кобальт | 105 | 106 |
| Никель | 106 | 107 |
| Медь | 107 | 108 |
| Цинк | 107 | 107 |
| Молибден | 105 | 106 |
Концентрационная функция живого вещества к настоящему времени изучена довольно полно. Изучен биологический смысл концентрирования металлов живыми организмами, в частности микроорганизмами. Делаются успешные попытки выразить в цифрах концентрационную функцию живого вещества. Так, по оценке профессора Всеволода Всеволодовича Добровольского, общая масса зольных элементов, вовлекаемая ежегодно в биотический круговорот на суше, составляет около 8 млрд. т. Это в несколько раз превышает величину ионного стока с континентов или массу продуктов извержений всех вулканов мира на протяжении года. А ученица и продолжательница дела В. И. Вернадского доктор биологических наук Евгения Александровна Бойченко и ее соавторы сопоставили данные по разведанным запасам некоторых элементов (цифры 1968 г.) с их ежегодным накоплением фотоавтотрофами (табл. 6). Как видно из этих данных, ежегодно растительный покров нашей планеты концентрирует количества минерального вещества, для большинства элементов сопоставимые с их запасами в литосфере, накопленными за миллионы лет геологической истории. Я думаю, что это лучшая иллюстрация к словам В. И. Вернадского, произнесенным в 1935 г.: «Биогеохимическая энергия является по быстроте концентрации твердого вещества из рассеянного его состояния, вероятно, величайшей силой – в аспекте геологического времени, – какая существует на нашей планете»[51].
Изучение концентрационной функции живого вещества имеет не только научное значение. Оно используется и в практической работе геологов, в частности в форме биогеохимического метода поисков рудных месторождений. Идея его проста: растения, произрастающие над месторождениями, должны концентрировать в своих органах рудные элементы. Следовательно, на основании изучения химического состава золы растений в принципе можно вести геологические поиски.
Начиная с 30‑х годов сотрудники БИОГЕЛа начали испытывать биогеохимический метод поисков на Южном Урале для обнаружения повышенных концентраций цветных металлов; на Дальнем Востоке оконтуривание арсенопиритовых месторождений производил С. М. Ткалич. В те же годы шведские геологи Н. Брундин и С. Палмквист по данным химического состава золы листьев лесных деревьев пытались выявить месторождения платины, золота, вольфрама и других металлов. Эти пионерские работы доказали высокую эффективность биогеохимического метода поисков. В настоящее время он находит широкое применение в СССР, США и Скандинавских странах. Значительные открытия с помощью биогеохимического метода поисков были сделаны и в Канаде, где по повышенному содержанию молибдена в растениях было выявлено крупное молибденовое месторождение Эндако.
Третья основная функция живого вещества в биосфере – деструктивная – проявляется на стадии гипергенеза и выражается в деструкции неживого вещества и его вовлечении в биотический круговорот.
В предыдущих главах уже говорилось о многократном использовании живым веществом элементов, вовлеченных в биотический круговорот. Однако проблема заключается в том, что живое вещество не может использовать нужные ему элементы в каком попало виде: органическая составляющая необиогенного вещества должна быть разложена до простых неорганических соединений – углекислого газа, воды, сероводорода, метана, аммиака и т. д. Разложением отмершей органики, как мы знаем, занимается целая армия сапротрофов. Значительную часть органики полностью минерализуют и некротрофы.
Другой аспект проблемы – разложение неорганического вещества. Мы уже упоминали в начале этой главы о морских сверлильщиках. Первое обстоятельное исследование сверлящих цианобактерий и водорослей опубликовал в 1902 г. наш соотечественник, впоследствии академик, Георгий Адамович Надсон (1867–1940). Он показал, что сверлящие водоросли селятся главным образом на карбонатных породах и играют значительную роль в возвращении в биотический круговорот не только кальция, но и других жизненно важных элементов – магния и фосфора. Работы Г. А. Надсона не вызвали интереса ни у биологов, ни у геологов начала века. Больше того, когда я заказал в библиотеке «Ботанические записки» за 1902 г. со статьей Надсона, журнал оказался неразрезанным: за три четверти века его не прочитал никто! Личная судьба Георгия Адамовича сложилась неблагоприятно, научной школы он не создал. Теперь труды его переизданы. И поныне исследователи используют результаты его наблюдений и отводят им почетное место в обзорных работах о морских сверлильщиках.
Деятельность сверлильщиков не ограничивается, однако, известняками – недавно показано, что они могут рассверливать эффузивные породы и даже… стекло. Однако Г. А. Надсон был прав, что именно известняки наиболее подвержены атакам сверлильщиков. Для полного перемалывания слоя известняка мощностью 1 м сверлящим губкам требуется примерно 70 лет.
В морских экосистемах в качестве важного поставщика карбонатного детрита выступают морские ежи и рыбы, специализирующиеся на поедании бентоса. Эти рыбы, представленные массовыми видами, обладают мощным зубным аппаратом, позволяющим легко дробить раковины, откусывать и перемалывать кончики кораллов. Откусанные кусочки карбоната кальция они пропускают через желудочный тракт и извергают в виде известкового ила. Подсчитано, что в районе Виргинских островов морские ежи ежегодно отлагают таким путем несколько килограммов тонко измельченных карбонатов на квадратный метр дна! Опираясь на эти наблюдения, можно предполагать, что широко распространенные в осадочных толщах органогенно‑обломочные карбонатные породы возникли не за счет механического воздействия волн, как это считалось раньше, а в результате биогенного раздробления исходного карбонатного субстрата.
Если карбонаты в морских экосистемах измельчаются в результате механической деятельности живого вещества, то при разложении большинства породообразующих минералов на суше преобладает химическая деструкция. Вообще химическое разложение различных минералов под действием живого вещества происходит в биосфере в огромных масштабах.
Существует значительное отличие биотического фактора от абиотического в интенсивности разложения минералов. Оно заключается в том, что живые организмы оказывают на разлагаемый субстрат более разнообразное и глубокое воздействие, чем абиотические реагенты, и используют до полного истощения все имеющиеся в среде доступные источники энергии, включая и продукты собственного метаболизма.
Еще в начале нашего века был проделан следующий эксперимент. На измельченные породообразующие минералы было высеяно 14 видов бактерий, содержащихся в кишечнике дождевых червей. Оказалось, что большинство минералов подверглось биогенному разложению, степень которого зависела как от вида бактерий, так и от состава минералов. Легче всего в раствор переходили щелочные элементы, затем щелочноземельные, а также железо, кремнезем и глинозем. Плесневый грибок в лабораторных условиях за неделю высвобождал из базальта 3% содержащегося в нем кремния, 11% алюминия, 59% магния, 64% железа.
Пионеры жизни на скалах – цианобактерии, бактерии, грибы и лишайники – ведут с горными породами настоящую химическую войну, воздействуя на них богатым арсеналом своеобразного оружия, включающего растворы как неорганических кислот – угольной, азотной, серной (вплоть до 10%‑ного раствора, способного прожечь бумагу!), – так и органических. Располагают химическим оружием и некоторые высшие растения – например, корни елей, растущих на бедных питательными веществами почвах, также выделяют сильные кислоты, разлагающие минералы абиогенного вещества.
Сейчас можно считать твердо установленным, что в биосфере происходит биогенное химическое разложение каолинита, серпентина, нефелина, мусковита, биотита, альбита, апатита и многих других минералов.
Разлагая те или иные минералы, организмы избирательно извлекают из них (и тем самым вовлекают в биотический круговорот) кальций, калий, натрий, фосфор, кремний, а также многие микроэлементы. Например, слоновая трава в африканских саваннах ежегодно извлекает с 1 га почвы 250 кг кремнезема и 80 кг щелочей и щелочных земель, а джунгли с той же площади – даже 8 т кремнезема! Процесс вовлечения химических элементов в биотический круговорот идет в биосфере повсеместно. Бактерии действуют даже в таких токсичных (с точки зрения человека) обстановках, как зона окисления сульфидных месторождений меди, сурьмы, молибдена, что, кстати, имеет большое рудообразующее значение. Бактерии окисляют даже золото – металл, который мы называем вечным. И, как с грустью заметил один микробиолог, мраморный памятник Луи Пастеру в Париже также разрушается бактериями, деятельность которых он так стремился доказать…
Человечество научилось использовать деструктивную деятельность микроорганизмов в своих целях: в некоторых промышленно развитых странах выщелачивание полезных компонентов из руд производят с участием бактерий. Уже сейчас бактериальными методами выделяют из руд медь, уран, цинк и даже мышьяк. В США бактерии «выдают на‑гора» около 10% всей добычи меди. На очереди бактериальное выщелачивание свинца, никеля, кобальта, молибдена, кадмия и титана. По сравнению с обычными методами металлургии бактериальное выщелачивание отличается гораздо более полным извлечением металлов. Поэтому новый метод особенно эффективен при переработке бедных руд, которые иным путем перерабатывать невыгодно или просто невозможно. Так, на Урале из‑за низкого содержания меди забросили было месторождение, название которого говорит само за себя – «Южная Выклинка». А призвав на помощь тионовые бактерии, вернули рудник к жизни и стали получать сотни тонн в год высококачественного металла. Таким же путем на одном из мексиканских рудников из старых заброшенных забоев за один только год было извлечено 10 000 т меди. Больше того, бактерии работают настолько чисто, что с их помощью можно пускать в переработку даже «хвосты» обычных обогатительных фабрик.
Деструктивная функция живого вещества – важный аспект его деятельности в биосфере. Биосфера не только «фабрика макромолекул», как назвал ее известный советский биолог, профессор Николай Владимирович Тимофеев‑Ресовский (1900–1981), но и гигантская мельница. Как в японской сказке, эта мельница никак не может остановиться – мелет и мелет безостановочно уже четвертый миллиард лет. Мелет не соль – скалы! Энергичнее всего мельница жизни работает на суше, а среди морских экосистем – в прибрежных сгущениях жизни. «Мы не имеем на Земле более могучего дробителя материи, чем живое вещество», – писал Вернадский.
Четвертая основная функция живого вещества в биосфере – средообразующая: преобразование физико‑химических параметров среды в результате процессов жизнедеятельности. Если влияние внешней среды на организмы входит в круг традиционных тем биологии со времени ее возникновения, то обратная связь – воздействие организмов на среду (жизни – на «нежизнь») – стала вырисовываться значительно позже. Выдающуюся роль в этом отношении сыграл труд Ч. Дарвина «Образование растительного слоя земли деятельностью дождевых червей» (1881), о котором мы уже упоминали. В нем на примере дождевых червей Дарвин впервые убедительно показал воздействие организмов на среду обитания. Важным событием явился также более поздний общий вывод М. А. Егунова (1901) о создании организмами неоднородности («биоанизотропии») среды. Основополагающий тезис сформулировал В. И. Вернадский: «Организм имеет дело со средой, к которой он не только приспособлен, но которая приспособлена к нему»[52].
Наиболее очевидное (но не самое важное!) проявление влияния живого вещества на среду – механическое воздействие, или II род геологической деятельности живого вещества. Многоклеточные животные, строя свои норы в грунте, сильно изменяют его свойства (например, благодаря рыхлению почвы дождевыми червями объем воздуха в ней увеличивается в 2,5 раза). Изменяют механические свойства почвы и корни высших растений (особенно древесных): они скрепляют ее и предохраняют от эрозии. Так, если в прериях смыв поверхностного 20‑сантиметрового слоя почвы происходит за 29 тыс. лет, то в лесах – в 6 раз медленнее: за 174 тыс. лет! Лесная растительность способна удерживать почву даже на склонах с уклоном до 20–40°. Подобным же образом действуют и нитчатые цианобактерии: они создают подобие сети, которая предохраняет почву от эрозии. В горных почвах Таджикистана содержится иногда больше 100 м нитчатых цианобактерий в 1 г почвы! По существу, это уже не почва, а войлок – никакой ливень ее не размоет.
Механическая деятельность живого вещества имеет, бесспорно, большое влияние на внешнюю среду, но по своим масштабам она не может сравниваться с влиянием необиогенного вещества, образуемого живыми организмами (I род геологической деятельности, протекающий вне организмов). Чтобы полнее понять это влияние, остановимся вкратце на основных параметрах, характеризующих физико‑химические условия среды. Таких параметров два: водородный показатель и окислительно‑восстановительный потенциал.
Водородный показатель (его обозначают как pH) характеризует содержание водородных ионов в среде и численно равен отрицательному десятичному логарифму концентрации ионов H+ в данной среде, выраженной в грамм‑ионах на литр. Для дистиллированной воды pH равно 7. Среди привычных нам объектов томатный сок имеет pH около 4, столовый уксус – около 3, а лимонный сок – около 2. Природные воды с pH от 6,95 до 7,3 считают нейтральными, ниже этого предела – кислыми, выше – щелочными. Морская вода имеет pH 8, озерная вода, которую называют «мягкой», – pH от 5 до 6.
Окислительно‑восстановительный потенциал среды (Eh) служит мерой ее способности к окислительно‑восстановительным реакциям. Eh измеряется в вольтах или милливольтах. При положительных значениях окислительно‑восстановительного потенциала среда является окислительной, при отрицательных – восстановительной. В современных донных осадках морей Eh изменяется в пределах от +600 мВ до −350 мВ.
Фотоавтотрофы в процессе своей жизнедеятельности непрерывно производят кислород. Благодаря этой реакции в биосфере повсеместно (за исключением ее подземной части и отдельных участков Мирового океана) существует окислительная обстановка, а в атмосфере содержание углекислого газа удерживается на низком уровне.
Однако при фотосинтезе, как известно, не только выделяется кислород – сильный окислитель, но возникают и органические вещества. При их разложении в анаэробных условиях образуются водород, аммиак, органические кислоты и анионы SO42−, PO43−, NO3−. Как показал В. А. Ковда, продукты разложения степных трав образуют растворы нейтральной и слабощелочной реакции, некоторые виды полыни и опад саксаула дают щелочную реакцию (pH 8–8,5), а масса отмершей хвои, вереска, лишайников и сфагнума – кислую (pH 3,5–4,5).
Вспоминаются слова академика Б. Б. Полынова «Прежде всего я считаю неправильным указание, которое так часто встречается, что то или иное явление – скажем, образование осадка – зависит не от организмов, а от величин pH. Я считаю неправильным само противоположение pH организмам. Представим себе, что кого‑либо заинтересовал высокий рост какого‑либо дерева, и на его вопрос о причинах этого роста ему отвечают, что рост дерева зависит от количества метров, укладывающихся по длине его ствола. Я полагаю, что объяснение со ссылкой на pH ничем не отличается от такого, потому что pH тоже мера – тот же аршин или метр и первозданной причиной не может быть, а кроме того, и сама pH очень часто находится в прямой зависимости от количества CO2, выделяемого организмами».
Высказывание Б. Б. Полынова хорошо подтверждается на примере природных вод Земли. Так, кислая реакция вод чаще всего связана с растворением в них биогенных веществ – углекислого газа или гуминовых кислот. Процесс фотосинтеза в поверхностных частях водоемов вызывает уменьшение парциального давления углекислого газа и увеличение pH. Процессы же разложения необиогенной органики идут во всей толще вод, и живое население везде дышит, а это приводит к противоположным результатам – увеличению парциального давления углекислого газа в воде и к понижению pH.
В донных осадках водоемов физико‑химические условия среды определяются главным образом наличием органического необиогенного вещества: есть оно – обстановка восстановительная, нет – окислительная. Восстановительные условия создаются в застойных средах при разложении отмершей органики сульфатредуцирующими бактериями с образованием сероводорода. Если при этом сероводород из среды не удаляется, происходит самоотравление системы. В Черном море средообразующее действие живого вещества проявляется особенно ярко: донная пленка сульфатредуцирующих бактерий толщиной до 5 см отравляет сероводородом более чем километровую толщу морской воды, ограничивая распространение зоопланктона и крупных морских животных лишь верхними 200–300 м водной толщи!
Наряду с сульфатредуцирующими важную роль в биосфере играют и тионовые бактерии. Если сульфатредуцирующие бактерии превращают сульфат‑ион в сероводород, то тионовые осуществляют обратную реакцию – окисляют сероводород до серной кислоты. Средообразующую роль этой реакции доказывать не приходится.
Ситуацию, близкую к драматической, тионовые бактерии создали при строительстве Киевского метрополитена. До начала подземных работ они влачили жалкое существование в палеогеновых песках. Доступ кислорода на глубину был затруднен, и бактерии испытывали «кислородное голодание». При строительстве метро в забои стали закачивать сжатый воздух, и бактерии ожили. В результате их деятельности водородный показатель среды достиг значений меньше 1 (иначе говоря, подземные воды превратились в крепкий раствор серной кислоты). Массивные болты железобетонных конструкций за один‑два месяца разрушались наполовину. Положение становилось критическим, а строители разводили руками – такого никогда не бывало. Выручили ученые из Института микробиологии и вирусологии им. Д. К. Заболотного в Киеве – они нашли виновников и посоветовали изменить способ проходки. Строителям пришлось отказаться от закачки в тоннель сжатого воздуха.
Пример с Киевским метро – не единственный, когда микробиологи приходят на помощь строителям. Известно, как много хлопот причиняют при строительстве плывуны, особенно та их разновидность, которую называют истинными плывунами (есть еще ложные плывуны, с которыми справляться легче). Эти текучие грунты, обладающие огромным запасом внутренней энергии, перемещаются общей массой, как тесто или свежеприготовленный бетон.
Грунтовед Варвара Васильевна Радина при исследовании грунтов проектируемой Нижне‑Обской ГЭС доказала, что необычные свойства истинных плывунов определяются средообразующей деятельностью сапротрофных бактерий, которые перерабатывают всегда имеющееся в плывунах органическое вещество. 90% образующихся при этом продуктов составляют газы. При затрудненном обмене с окружающей средой эти газы накапливаются в грунтах и вкупе с содержащимися в них коллоидами переводят их в пластичное состояние. Создается явление, сходное с «воздушной подушкой», применяемой в современной технике, когда подаваемым под давлением воздухом снимают трение между поверхностями двух сред. В роли компрессора в данном случае выступают бактерии. А степень разжижения грунтов зависит от наличия пищи для бактерий (калия, фосфора, отмершей органики).
Явление, описанное В. В. Радиной, признано открытием – случай, в геологии нечастый. Формула этого открытия, зарегистрированного 13 октября 1970 г., следующая: «Установлено неизвестное ранее явление образования истинных плывунов, заключающееся в том, что в водонасыщенной дисперсной породе происходит накопление в виде пузырьков газообразных продуктов жизнедеятельности микроорганизмов, которые вызывают избыточное давление в жидкой фазе породы, являющееся энергетическим фактором ее подвижности»[53].
Механизм образования истинных плывунов прояснился. Видимо, не за горами и биологическое управление плывунами.
В водных экосистемах средообразующая роль живого вещества, пожалуй, проявляется наиболее отчетливо и многогранно. «Разнородное живое вещество океана, жизни моря, взятая в целом, может быть рассматриваема как специальный механизм, совершенно изменяющий химию моря», – писал В. И. Вернадский[54].
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».
