Пейзажи подводного царства

Жизнь океанских глубин

Фасад

Океан… Нужно ли объяснять, что это такое? Словом «океан» принято обозначать водную оболочку нашей планеты, в «дыры» которой высовываются земные континенты и бесчисленные острова. Видимо, такое определение вполне достаточно, чтобы все земляне поняли, о чем идет речь. А вот о том, каков океан, придется рассказать немножко подробнее.

Все бескрайнее пространство океанской воды географы подразделяют на 3–5 или даже 7 самостоятельных океанов, естественно, не имеющих между собою достаточно четких границ. Из них канонически признанными являются только Атлантический, Индийский и Тихий. В нашей стране принято выделять как вполне самостоятельный Северный Ледовитый и, что более спорно, Южный океаны. А по более древним традициям Атлантический и Тихий океаны делят на северную и южную половины. Некоторые части океана, отграниченные сушей, хотя бы цепочками островов, обозначают как отдельные самостоятельные моря. Официально признаны 54 моря. На территории некоторых крупных морей выделены внутренние моря. Например, в состав Средиземного моря входит 7 внутренних морей, таких, как Адриатическое, Ионическое, Черное, Азовское, Тирренское, Мраморное и Эгейское. Саргассово море, открытое и поименованное одним из последних, не омывает непосредственно ни один из материков.

Мировой океан покрывает почти 71 процент земной поверхности. В нем сосредоточено 97 процентов мировых запасов свободной воды. В абсолютных цифрах это составляет 1368 миллионов кубических километров. Чтобы было понятно, как это много, приведу такой пример. Если на Земле срыть все горы и вообще всю сушу, поднимающуюся над поверхностью моря, чтобы сделать землю гладким шариком, то этого «мусора» – срытой горной породы, окажется не так уж много, всего 76 миллионов кубокилометров, то есть чуть ли не в 20 раз меньше, чем океанской воды!

Если продолжить сравнения, придется признать, что поднятия суши менее грандиозны, чем океанские впадины. Большая часть поверхности земных континентов не поднимается выше 2000 метров над уровнем моря, тогда как средняя глубина Мирового океана оценивается в 3550–3730 метров. И если над поверхностью суши возвышается лишь несколько восьмитысячников, горных вершин, немного превышающих восьмикилометровый рубеж, то океанских впадин, глубина которых значительно превышает 10 километров, известно больше десятка, а самая глубокая из них, открытая в 1957 году экспедицией на флагмане советского исследовательского флота «Витязе», 11 022 метра! Нужно сказать, что океанское дно мы знаем пока неважно. Не исключено, что в дальнейшем в океанской бездне будут обнаружены и более глубоководные пропасти.

Океан обладает такой общностью физических свойств, что расценивается как единый биотоп, то есть на всем своем протяжении он создает сходную среду для обитающих здесь живых организмов. Это, конечно, не значит, что условия жизни в любых его точках абсолютно одинаковы. Напротив, в Мировом океане существует определенная зональность. Изменение физических свойств зависит от географической широты, в пределах которой расположена данная зона, удаленности ее от ближайших континентов и, конечно, от глубины. Однако изменения физических характеристик происходят здесь менее резко, чем на суше, да и их размах в океане не столь велик.

Обычно континенты окружены материковой отмелью, которую океанографы называют континентальным шельфом. Она представляет собою как бы затопленную часть материков. Действительно, в период последнего оледенения такое огромное количество воды превратилось в лед и скопилось на суше, что океан повсеместно обмелел (16–18 тысяч лет назад его уровень был на 120 метров ниже современного) и с тех пор продолжает подниматься в среднем на 7–8 сантиметров в столетие, отвоевывая у континентов все новые районы.

Для материковой отмели характерно, что глубина океана здесь увеличивается постепенно, в среднем всего на 1,5–2 метра на протяжении целого километра. Начинается шельф от береговой кромки, а его внешним краем является то место, где уклон дна резко возрастает. Принято условно считать, что внешний край шельфа располагается на глубине 200 метров. Однако в действительности резкое понижение дна может происходить где‑то на глубинах от 18 до 500 метров. Ширина континентального шельфа тоже величина непостоянная. Она колеблется от 0 до 1500 километров, что в среднем составляет 70–80 километров.

Внешний край материковой отмели переходит в континентальный склон. Здесь наклон морского дна в 20–25 раз больше, чем на шельфе, и в среднем составляет 3–5 градусов. Однако местами он бывает значительно круче. У восточного побережья острова Шри‑Ланка наклон достигает 30 градусов, а в некоторых районах побережья Флориды даже 45. В отличие от континентального шельфа дно в районе материкового склона сильно изрезано. Нередко склон опускается в океанскую бездну уступами или широкими террасами и бывает рассечен поперечными каньонами, разломами или грядами скальной породы.

Ширина континентального склона всего 15–30 километров, но благодаря большой крутизне дно на этом коротком участке успевает опуститься до глубины 2000–3000 метров. У его подножия начинается океанское ложе, главная часть океана, где встречаются его предельные глубины и где он хранит свои наиболее сокровенные тайны. В общей сложности океанское ложе занимает 75 процентов океана. Оно покрыто слоем мягких осадков, толщина которых иногда достигает 1000 метров, а в глубоководных впадинах может быть еще значительнее. Особенно заметны скопления осадков у подножия материкового склона. Они возникают потому, что мягкие породы смываются со склона к его основанию.

Осадки образуются из взвешенного в воде материала, из почвы, глины и песка, которые выносят в моря и океаны реки, затаскивают ледники, сдувают с континентов ветры. К ним присоединяются вулканический пепел и космическая пыль. Немаловажную роль играют скелеты и раковины морских организмов. Некоторые виды осадков возникают химическим путем из растворенных в воде веществ.

Наиболее характерным видом осадков является ил. Он образуется благодаря оседанию на дно крупинок органического вещества и глин. В нем преобладают частички величиной от 0,01 до 0,06 миллиметра. Поэтому ил обладает значительной вязкостью. Из обломков крохотных раковин и пропитанных солями кальция наружных покровов мельчайших ракообразных возникают известковые илы. Кремневые илы образуются из наружных скелетов одноклеточных организмов – радиолярий и двустворчатых панцирей микроскопических водорослей диатомей. Такие илы встречаются лишь в районах, где океан богат жизнью. На глубинах больше 4500 метров осадки состоят главным образом из красных глин. Известковые осадочные породы на таких глубинах не образуются, так как здесь нормальные карбонаты (соли угольной кислоты), в том числе кальциты – карбонаты кальция, растворяются в морской воде.

Взвешенный в воде осадочный материал переносится по необозримым водным просторам океаническими течениями. Крупнозернистый песок, галька и щебень, камни и даже огромные валуны приносят в океан айсберги. Когда лед тает, они падают на океанское дно. Быстрее всего со скоростью от 1 до 4 сантиметров за 1000 лет увеличиваются известковые осадки. В глубоководных районах накопление осадочных материалов происходит медленнее, так как крупные взвешенные частички успевают попасть на дно еще до того, как течения достигнут глубоководных впадин, а красные глины образуются здесь со скоростью 1 миллиметра в тысячу лет!

Океанское ложе не является однообразной скучной равниной, какой чаще всего бывает материковая отмель. Горные хребты, отдельно стоящие горы, цепочки подводных холмов делят его на плоские или холмистые участки. Вблизи материкового склона нередко располагаются цепочки островов и глубоководные узкие долины, которые принято называть желобами. Особенно грандиозны срединно‑океанические хребты. Они протянулись через все океаны по их осевым линиям, в том числе через Северный Ледовитый океан, и представляют собой единую систему. Общая длина этих подводных гор с центральными горными долинами превышает 60 000 километров. Всемирную горную систему дополняют хребты вулканического происхождения, которые нередко тянутся на тысячи километров. Они обычно разделены на отдельные участки глубокими поперечными разломами. Над хребтами то гуще, то реже взмывают ввысь отдельные горные вершины. Иногда они поднимаются над поверхностью воды и становятся островами. Кроме того, по всему океану разбросаны отдельные подводные горы или небольшие группы гор, чаще всего вулканического происхождения.

Если горы имеют крутые склоны, они свободны от осадков. Здесь им не удержаться. Однако встречаются горы и с большими плоскими вершинами, диаметром до 40 километров. Чаще всего это бывшие острова, опустившиеся в пучину океана, так как океанское дно не смогло выдержать их непомерной тяжести. В Атлантическом океане примерно в 500 километрах от побережья Америки находится подводная гора Кобб высотой 2700 метров. Ее вершина всего на 33 метра не достигает поверхности воды. Особенно много плосковершинных гор в Тихом океане. Считается, что гор в Мировом океане не менее 10 тысяч.

В океанах сколько угодно временных и постоянных течений различного направления и скорости, они создают местные и глобальные круговороты, перенося подчас огромные массы воды. Окружающие водные массы тоже могут вовлекаться в движение. В Северном полушарии движение воды происходит по часовой стрелке, в Южном – в противоположном направлении. Характер поверхностных течений складывается благодаря взаимодействию господствующих пассатных ветров, дующих по обе стороны экватора с востока на запад и вызывающих аналогичное перемещение водных масс, и сил Кориолиса, возникающих за счет вращения Земли. Воздействуя на движущиеся частицы воды, в Северном полушарии они отклоняют их вправо, а в Южном – влево. Но первопричиной движения воздуха, а следовательно, и океанской воды, является солнечное тепло, осуществляющее энергетическое обеспечение этих крупномасштабных круговоротов.

Солнечные лучи, нагревая поверхностный слой воды, одновременно приводят к снижению ее плотности. В тропической зоне океанов постоянно создаются обширные районы с пониженной плотностью воды, вследствие чего их уровень может оказаться на полметра выше, чем в зоне более умеренного климата. В результате из области с малой плотностью морская вода как с горки стекает в область с более плотной водой. В приполярных областях возникают вертикальные течения. Здесь морская вода, охлаждаясь у поверхности и потому приобретая большую плотность, опускается в придонные районы и может явиться причиной возникновения глубинных горизонтальных течений.

Взаимодействие сил лунного, солнечного и земного притяжения вызывает регулярные подъемы и спады воды. Особенно значительно влияние Луны. Хотя ее размер (точнее масса) и соответственно гравитационное воздействие невелики, зато она находится так близко от Земли, что здесь ее влияние в два раза сильнее солнечного. Именно гравитационное влияние Луны и вызывает приливы. Наибольшей величины они достигают, когда Луна, Земля и Солнце располагаются вдоль одной прямой, что происходит во время новолуния или полнолуния, и влияния дневного и ночного светил взаимно усиливаются. Напротив, когда Луна находится в первой или третьей четверти, ее гравитационные силы противоположны солнечным и частично гасят друг друга, а величина приливов бывает минимальной. Лунные воздействия не могут не сказываться на океанических течениях. Давно замечено, что скорость перемещения воды непостоянна и может меняться даже в течение суток. У Гольфстрима она становится максимальной через три часа после кульминации Луны и в то время, когда Луна находится над экватором.

О постоянных морских течениях европейцы узнали относительно недавно. Даже Гольфстрим обнаружили лишь в начале XVI века. В Атлантическом океане насчитывается шесть крупных круговоротов. Столько же в Тихом океане. В Индийском океане, где происходят сезонные изменения направления муссонных ветров, количество и направление крупных водных круговоротов меняется по сезонам года. Зимой в северной его части наблюдается четыре круговорота, а летом только три. Круговороты Северного и Южного полушарий нередко образуют симметрично расположенные гомологические пары. Границы между этими круговоротами имеют широтное направление.

К наиболее известным относятся западные пограничные течения: Гольфстрим в Атлантике и Куросио в Тихом океане.

Гольфстрим начинается где‑то в Карибском море, а затем, выйдя к берегам США и обогнув побережье штатов Флорида, Джорджия, Южная и Северная Каролина, сворачивает на восток, пересекая океан. Вдали от берегов Гольфстрим «теряет уверенность». Здесь его путь постоянно меняется и делает крутые петли (меандры). Иногда они замыкаются в кольца, отшнуровываются от основного течения и существуют сами по себе 3–5 лет, медленно дрейфуя к югу. Ширина Гольфстрима достигает 125–175 километров. Скорость движения в срединной части русла приближается к 10 километрам в час. Морская река в самом быстром месте переносит в секунду 30–100 миллионов кубометров воды.

Куросио более постоянно, но и оно пользуется двумя руслами. Переход в резервное русло занимает несколько месяцев. Затем главная тихоокеанская река много лет подряд течет по избранному пути.

У восточных берегов Тихого океана наиболее значительны Калифорнийское и Перуанское, а в Атлантике – Бенгельское течения. В тропической зоне обоих океанов преобладающими ветрами являются пассаты. Между областями пассат Северного и Южного полушарий располагается штилевая зона. Фактически она находится в Северном полушарии между 3 и 10 градусами северной широты. Соответственно зоне ветров северная и южная экваториальные реки текут на запад, а между ними в обратном направлении несет свои воды еще одна океанская река – экваториальное противотечение.

Мощные океанские реки текут и в полярных областях планеты. Воды Ледовитого океана медленно движутся против часовой стрелки. На выходе из этого океана находятся мелководные зоны, затрудняющие обмен воды с соседними океанами. Особенно узок и мелок Берингов пролив, серьезно препятствующий сливу глубинных вод в Тихий океан. Южный океан ничем не отграничен, поэтому вокруг Антарктиды движется на восток гигантская циркумполярная река, крупнейшая на нашей планете. Ее ширина достигает 500, а глубина 3 километров. Она переносит до 200 миллионов кубометров воды в секунду. (Это в 10 тысяч раз больше, чем выносит в океан одна из наиболее полноводных рек нашей планеты – Миссисипи и примерно в 100 тысяч раз больше, чем сливает в Финский залив Нева.)

Причиной здешних глубинных течений является сильное охлаждение и увеличение плотности поверхностных слоев воды. Особенно тяжелой вода становится, когда начинает замерзать. Молодой лед выдавливает из себя большую часть солей в находящуюся под ним воду, что еще больше увеличивает ее плотность. Потяжелев, вода начинает опускаться на дно. Главными поставщиками холодной воды считаются море Уэдделла на юге и Норвежское море на севере.

Холодная глубинная вода растекается из районов своего накопления, давая начало мощным глубинным течениям. Они изучены хуже поверхностных. Они проходят у западных границ океана, два в Атлантическом, соответственно в его северной и южной частях, и одно в Тихом океане. Все три подводных реки текут в сторону экватора со скоростью нескольких сантиметров в секунду и по дороге выносят глубинную воду на поверхность. Никто не может сказать, сколько времени проходит от погружения поверхностных вод в глубь океана до их возвращения к поверхности. Возраст глубинных вод оценивается в 200–300 или 1000 лет. В результате все поверхностные воды Мирового океана примерно до глубины в 3700 метров находятся в постоянном, беспрерывном и достаточно быстром движении.

Портрет Мирового океана следует дополнить рассказом о льдах. Их площадь не так велика, как мы привыкли думать. Льды постоянно закрывают лишь 3–4 процента океанских просторов. При падении температуры океанской воды до –1,9 градуса, в ней начинают появляться кристаллики льда. Постепенно их количество растет, и возникает ледяная каша. По мере увеличения толщины этого слоя он оказывает все возрастающее сопротивление волнению. Кроме волн, серьезное замедление льдообразования и смерзания плавающих в воде кристаллов объясняется тем, что в этой зоне растет соленость воды и одновременно понижается температура ее замерзания. В мороз такую же кашу может создать снег, падающий на поверхность воды. Когда снегопад затягивается, образуются настоящие снежные сугробы, высотою до 2 метров.

Снежно‑ледовая каша в конце концов смерзается, и поверхность воды покрывается слоем достаточно гибкого льда. Его объем на 9 процентов больше, чем воды, из которой он образовался, поскольку в кристаллической решетке льда упаковка молекул воды упорядочивается и становится менее плотной.

Чтобы растопить 1 грамм льда, требуется 80 калорий, не считая тепла, которое необходимо, чтобы согреть лед до 0 градусов. Поэтому в Арктике даже летом лед тает только в районах прибрежных материковых отмелей, и только там возникают обширные пространства свободной воды. Основная масса океанских льдов переживает полярное лето. Продолжительность жизни арктического льда, образовавшегося у берегов нашей страны, составляет от 2 до 9 лет, а его «смерть» наступает, когда он выносится в более теплые районы Атлантики.

Судьба антарктических льдов изучена хуже, однако считается, что они долговечнее.

Это не значит, что морской лед совершенно не тает. В Арктике летом его толщина за счет таяния верхних наружных слоев может уменьшиться на 0,5–1 метр, зато зимой снизу успевает намерзнуть до 3 метров льда. В районах, где ураганные ветры взламывают льды и где происходит их торошение, возникают огромные нагромождения, которые, смерзаясь, серьезно увеличивают толщину льда.

Однако самым внушительным торосам далеко до настоящего айсберга. Этот пресноводный лед возникает на суше, как это обычно бывает в прибрежной зоне Ледовитого океана, и сползает под собственной тяжестью в море или откалывается от шельфового льда, который десятками лет нарастал на мелководьях вокруг Антарктиды.

Айсберги могут иметь огромные размеры. Особенно крупные встречаются в Южном полушарии. Они образуются из льдов шельфового ледника моря Росса. Самый большой из когда‑либо зарегистрированных был обнаружен свыше 30 лет назад. Он имел длину в 350 и ширину в 40 километров, то есть был лишь вполовину меньше Бельгии и в пять раз превышал площадь Люксембурга. В октябре 1987 года с помощью спутников в районе моря Росса был обнаружен айсберг длиною 153 и шириною 36 километров. При встрече с такою льдинкой не сразу поймешь, что это плавучий остров.

Надводная часть айсбергов весьма внушительна. Рекордсменом является ледяная гора высотою 134 метра. Это выше Исаакиевского собора в Ленинграде. Плоские столовые айсберги ниже. Они не превышают 90 метров. Поскольку удельный вес льда составляет ⁹/₁₀ удельного веса воды, 90 процентов объема ледяной горы должно находиться под водой!

В Северном полушарии особенно крупные айсберги не образуются. Рекордом здесь является островок площадью 50 квадратных километров. Никто не знает точно, сколько айсбергов странствует по океанам. Считается, что только Гренландия поставляет в год 10–15 тысяч огромных обломков льда. Главное место их возникновения – западное побережье острова. Отсюда они выплывают в Атлантику, в один из самых оживленных районов Мирового океана.

Лед обладает значительной прочностью. Ледовый панцирь толщиною 60 сантиметров, закрывающий в разгар зимы пресноводные водоемы, может выдержать тяжесть грузовой платформы весом 18 тонн. Во время войны по льду через Ладогу была проложена ледовая «Дорога жизни», позволившая Ленинграду поддерживать связь с остальной страной. Морской лед менее прочен. Если льдообразование протекает бурно, соленая вода частично захватывается смерзающимися кристалликами льда. Водно‑солевые включения, нарушая структуру льда, резко понижают его прочность. У молодого льда она в три раза ниже, чем у пресноводных льдов, но старые ледовые поля не уступают по прочности пресноводным льдинам.

Дрейфующий лед при сильном ветре может покрывать расстояние до 100 километров в сутки. У айсбергов большая осадка, мешающая им развивать значительную скорость или противостоять течениям. Нередко они выносятся далеко за пределы полярных областей, иногда достигая в Атлантике Азорских и Бермудских островов. Благодаря огромной теплоемкости таяния льда, уже давно возник проект буксировки крупных айсбергов к побережью таких приморских стран, как Япония, Кувейт, Саудовская Аравия, Объединенные Арабские Эмираты, давно ощущающие нехватку чистой пресной воды. Доставка «небольших» кусочков льда, объемом 100–300 тысяч кубометров, оказалась технически выполнимой и время от времени осуществляется этими странами.

Попробуем нырнуть

В сравнении с темпами освоения космоса изучение океана не впечатляет. Несмотря на давность морских исследований, акванавты еще не перешагнули одиннадцатикилометровый рубеж, а до предельных глубин хотя и осталось сравнительно немного, чуть больше ста метров, покорить их, видимо, будет значительно труднее, чем десятки или сотни километров в космосе. Изучение океана связано с серьезными трудностями. Даже измерение температуры больших глубин или взятие оттуда проб воды является дорогостоящим и сложным делом, требующим много времени и труда.

Особенно сложно в одной и той же точке океанской бездны произвести несколько повторных измерений. Представьте себе, как трудно встать на якорь, если под килем несколько километров воды. Для этого необходим сверхпрочный конический трос, иначе он не только судна не удержит, но не выдержит даже собственной тяжести и оборвется. Толщина начальной части такого каната, в зависимости от предполагаемой глубины погружения, колеблется от 13 до 15 миллиметров, но по мере погружения она увеличивается до 16–19. Чтобы процедура не заняла слишком много времени, используют тяжелый якорь весом около двух тонн. Свободно падая на дно, он тянет за собой трос. Скорость падения – около 20 километров. На глубине 5 километров он окажется лишь через 15–16 минут. Тяжесть вытравленного троса чудовищна. Обратно якорь не поднимают. Исследовательские суда не имеют мощных лебедок, способных справиться с такой работой. С потерей дорогостоящего троса приходится мириться.

Мировой океан представляет собою хранилище холодной воды, прикрытое сверху, да и то не везде, чуть‑чуть более теплым слоем. Его объем совсем невелик. Вода теплее 10 градусов составляет всего 8 процентов общих запасов Мирового океана. Этот верхний слой, в самых мощных участках толщиной не более 100 метров, на значительной части поверхности океана подвержен сезонным колебаниям. Под ним на больших глубинах температура практически постоянна. У 75 процентов океанской воды она находится в пределах от 0 до 4 градусов.

Наиболее стабильна температура поверхности океана в его экваториальной зоне. В этих районах она лежит где‑то в пределах между 20 и 30 градусами. Солнце здесь в любое время года приносит примерно разное количество тепла, а ветер систематически перемешивает воду. Поэтому она круглосуточно сохраняет постоянную температуру. Максимально высокие температуры открытого океана лежат в зоне между 5 и 10 градусами северной широты. В заливах, даже в обширных, температура воды может быть выше. Летом в Персидском заливе она поднимается до 33 градусов. Солнце на экваторе благодаря ветровому перемешиванию прогревает воду до глубины 50–100 метров. А в районах, откуда течения не уносят прогретую воду и не разбавляют ее холодной, слой теплой воды может достигать 250 метров.

Вторая зона стабильной температуры поверхностных вод находится в приполярных областях. Здесь летом она может подниматься до 10 градусов, а зимой опускаться до 5–0 или даже до минус 2 градусов. Самым холодным районом океана считается море Уэдделла.

Наиболее значительные сезонные колебания температуры воды в зоне умеренного климата, но размах суточных колебаний обычно не превышает 0,5 градуса. Лишь в ясную солнечную погоду в разгар лета он может достичь 2 градусов. Суточные колебания ограничиваются совсем тонким поверхностным слоем океана.

Океанские глубины более постоянны. Их почти не касаются сезонные колебания температуры. В тропиках под слоем теплой воды находится не очень широкая зона, толщиной 300–400 метров, где температура по мере увеличения глубины быстро падает. Область быстрого падения температуры называют термоклином. Здесь на протяжении 10 метров температура понижается примерно на 1 градус. В следующем слое толщиной в 1–1,5 километра дальнейшее снижение температуры резко замедляется. У его нижней границы она не превышает +2 – –3 градусов. В более глубоких слоях падение температуры продолжается, но происходит еще медленнее. Это зона с однородной температурой, совершенно не подверженная внешним влияниям. В придонном слое глубоких впадин и над другими участками дна температура воды вновь повышается. Это результат воздействия тепла земной коры. Кроме того, дальнейшему падению температуры больших глубин должно препятствовать существующее там чудовищное давление. Поэтому вода полярных районов, охлажденная у поверхности, опустившись на глубину 5 километров, где давление увеличивается в 500 раз, будет иметь температуру на 0,5 градуса выше первоначальной.

Очень важной характеристикой воды является ее плотность. Она зависит от температуры, солености и давления, иными словами, от того, на какой глубине находится. Вот какова плотность воды при разных значениях этих показателей:

у пресной воды при температуре +20° – 1,0 г/см³;

у обычной морской воды при температуре +20° – 1,025 г/см³;

при снижении температуры морской воды до +2° – 1,028 г/см³;

у морской воды на глубине 5 километров при той же температуре +2°– 1,050 г/см³.

Самая плотная вода в Южном океане вокруг Антарктиды, так как здесь она имеет самую низкую температуру, а из‑за постоянного образования льда еще и обладает высокой соленостью.

В числе чрезвычайно важных свойств воды следует упомянуть, что она практически несжимаема. Коэффициент сжимаемости воды составляет всего 0,000046 на 1 бар. (Бар соответствует давлению, равному 0,98692 атмосферы.) Это значит, что при повышении давления до 500 атмосфер ее объем уменьшится всего на 2 процента. В сравнении с воздействием на биологические объекты это ничтожно мало. Если сухую трехдюймовую доску опустить на глубину 1 километр, она под воздействием существующего там давления уменьшится наполовину, а на глубине 5 километров станет не толще фанеры. Представьте себе, что стало бы с кашалотом, рискнувшим совершить полуторакилометровое погружение, если бы вода, составляющая около 70 процентов его тела, не препятствовала значительному уменьшению его объема.

Коэффициент сжатия воды представляется величиной ничтожной. Морским организмам небольшое уменьшение объема воды, входящей в состав их тел, не сулит особых неприятностей. Однако в масштабах океана эта величина достаточно значима. Если бы вода оказалась абсолютно несжимаемой и ее объем не уменьшался бы под действием собственной тяжести, уровень Мирового океана поднялся бы на 27 метров! А это значит, что перестали бы существовать такие приморские города, как Ленинград, Рига, Таллинн, Севастополь, Сухуми, Батуми и многие другие на всех континентах планеты.

Горько‑соленый вкус океанской воде придают растворенные в ней химические соединения. В среднем в килограмме морской воды их содержится 34,69 грамма. Это значит, что на 98 молекул воды приходится 2 иона, образовавшихся при диссоциации растворенных в ней веществ. Океанологи выражают эту величину количеством частей растворенных в воде веществ, которое приходится на 1000 (по весу) частей воды, и обозначают символом «‰», что означает «промилле». Вблизи устьев крупных рек, в зоне ливневых дождей и интенсивного таяния льда соленость может падать до 10,0 промилле и ниже. В закрытых морях – Азовском, Балтийском и Черном, – куда несут свои воды многие европейские реки, она очень низка. Соленость Балтийского моря колеблется от 2 до 15 промилле. Особенно сильно опреснена вода в Финском заливе, куда сливает свои воды Нева. Еще недавно город Кронштадт, расположенный на острове Котлин, снабжался питьевой водой прямо из залива.

В Черном море соленость не превышает 18 промилле. Зато в придонных водах южной части Тихого океана она может достигать 34,7, а в северной части Атлантического океана 37,9. Еще выше она в Саргассовом море, так как здесь происходит сильное испарение воды. В ряде районов Средиземного и Красного морей, где испарение воды происходит весьма интенсивно, соленость нередко достигает 40,0, а в некоторых придонных участках 270,0 промилле. Это приближается к пределу растворимости поваренной соли.

Вода способна растворять чуть ли не все известные вещества. Видимо, в океане можно обнаружить все элементы, встречающиеся на Земле в естественных условиях. В настоящее время их обнаружено чуть более 70. Больше всего здесь хлора. За ним идут натрий, магний, сера, кальций, калий, бром, углерод, стронций, бор… Некоторые элементы находятся в ничтожно малых концентрациях. Все атмосферные газы тоже растворены в морской воде. Как и в воздухе, здесь больше всего азота. Второе и третье места занимают кислород и углекислый газ. Инертные газы присутствуют в ничтожных количествах. Есть районы, где кислород полностью отсутствует. Лишены кислорода глубины Черного моря, некоторые районы в Атлантике, у берегов Северной Каролины и Венесуэлы, и в Тихом океане в прибрежных районах Калифорнии, а также в некоторых фиордах Скандинавии. При отсутствии универсального окислителя в воде образуется сероводород. В Черном море глубже 200‑метровой отметки вода насыщена сероводородом. Наконец, существуют морские растения и животные, которые выделяют угарный газ, так что и его можно обнаружить в воде океанов.

Газы хотя и находятся в воде в тех же пропорциях, что и в воздухе, однако в абсолютных цифрах их количество в равных объемах воды и атмосферного воздуха далеко не одинаково. Если в 1 литре воздуха при нормальном атмосферном давлении содержится 210 кубических сантиметров кислорода, то в 1 литре воды его может быть растворено не более 10. Одно из неприятных свойств воды состоит в том, что при повышении температуры растворимость кислорода в ней уменьшается. Максимальное количество этого газа, способное раствориться в воде при 0 градусов и нормальном атмосферном давлении, составляет всего 14,16 миллиграмма на литр. При 10 градусах оно уменьшается до 10,92, а при 30 падает до 7,35. Напомню, что в 1 литре воздуха содержится 300 миллиграммов кислорода. Падение растворимости кислорода по мере повышения температуры воды весьма неудобно для водных животных, так как в теплой воде у них резко возрастает уровень обмена веществ и, соответственно, серьезно увеличивается потребность в кислороде. Установлено, что у рыб при повышении температуры воды на 10 градусов потребление кислорода увеличивается вдвое!

Мы – земляне, можно сказать, живем под Солнцем. Однако огромное количество организмов от первых до последних дней своей жизни существуют в условиях полной темноты. В отличие от воздушной оболочки Земли, хорошо пропускающей подавляющую часть солнечных лучей, точнее испускаемых Солнцем электромагнитных волн, вода является для них труднопреодолимым препятствием.

Не только морская, но и самая чистая пресная вода непроницаема для солнечных лучей. Более 60 процентов энергии электромагнитных волн задерживает, поглощает самый верхний, метровый слой воды. До десятиметровой глубины в лучшем случае доходит 20 процентов энергии солнечных лучей. Под стометровой толщей воды человек, в полном соответствии с известной русской поговоркой, чувствует себя как у арапа в желудке, так как сюда проникает менее 1 процента солнечных лучей.

На «пропускание» электромагнитных волн (таков не слишком литературно звучащий термин) сильнейшим образом влияет муть – взвешенные в воде твердые частички, в том числе микроорганизмы, а также пузырьки воздуха в самом верхнем слое воды. Растворенные в воде соли не ухудшают ее прозрачности. Косые солнечные лучи частично отражаются от водной поверхности, а та их часть, которая все же внедряется в толщу воды, не достигает больших глубин. Когда солнце стоит прямо над головой, его лучи проникают значительно глубже 100 метров. В районах с особенно чистой водой человек с нормальным зрением способен увидеть слабый сине‑зеленый свет даже на глубине 800 метров, а чувствительные фотоэлементы свидетельствуют, что какие‑то крохи энергии электромагнитных волн доходят на глубины до 1 километра.

Солнечные лучи обладают различной способностью проникать в толщу воды. Столкнувшись с водной гладью, первыми пасуют самые короткие ультрафиолетовые, а также самые длинные – инфракрасные лучи и гиганты радиоволны. Лучше всех проходят в глубь волны светового диапазона, особенно сине‑зеленой части солнечного спектра длиной 465 нанометров. Именно они придают пейзажу и подводным обитателям зеленовато‑голубой оттенок. Эту особенность окраски подводного мира добросовестно фиксирует фотоаппарат. На фотоснимках, сделанных при естественном освещении, даже песчаное дно приобретает зеленоватый или голубоватый оттенок. Наши глаза, точнее, наш мозг не столь объективны. Зная истинную окраску подводных объектов, он вносит коррективы в наше восприятие картины подводного царства.

Глаза наземных животных не годятся для подводного царства. Необходимо сфокусировать коррективы изображения окружающих предметов на воспринимающих элементах. Человеческий глаз делает это за счет преломляющей силы роговицы и хрусталика, иными словами, благодаря тому, что эти образования глаза способны изменять направление световых лучей.

Обычно световые лучи меняют направление при переходе из одной среды в другую. Величина отклонения зависит от преломляющей силы материала, в который они внедряются, и от того, под каким углом они падают на его поверхность. Однако показатели преломления роговицы почти такие же, как у обыкновенной воды. Поэтому световые лучи, попадая на роговицу ныряльщика, дерзнувшего под водой открыть глаза, не преломляются, а хрусталик без ее помощи не в состоянии сфокусировать световой поток на светочувствительных элементах сетчатки. Вот почему под водой окружающий мир расплывается, теряя свои очертания. В воде человек становится настолько дальнозорким, что практически любой предмет, как бы далеко он ни находился, оказывается для нас достаточно близким, и мы способны увидеть лишь крупные предметы, да и те выглядят расплывчатыми.

Совсем иное дело водолазы и аквалангисты, пользующиеся маской с плоским стеклом. Они в подводном мире не испытывают особых неудобств, так как их глаза непосредственно не соприкасаются с водой. От нее их отделяет стекло и тонкий слой воздуха, находящийся в маске или в шлеме водолазного скафандра. Поэтому в фокусировке изображения принимают участие и роговица и хрусталик, а изображение получается вполне отчетливым. Однако, переходя из воды в воздух, находящийся перед глазами водолаза, световые лучи преломляются, слегка отклоняясь от первоначального направления. Вот почему водолазу, работающему на грунте, все предметы кажутся на треть крупнее, чем в действительности. По тем же причинам на фотографиях, сделанных под водою с помощью фотобокса с простыми плоскими стеклами, изображение будет увеличено примерно на 30 процентов по сравнению с тем, каким бы оно выглядело при фотографировании в воздушной среде.

Если вода для электромагнитных волн – непреодолимое препятствие или, во всяком случае, плохо проницаема, то звуковые волны способны распространяться в океане на огромные расстояния. Правда, пресная вода примерно в 100 раз прозрачнее морской, но и у соленой прозрачность достаточно высока, так что дальность распространения звуков в океане значительно выше, чем в атмосфере. Нарушает прозрачность морской воды главным образом ион сульфата магния, то есть магниевой соли серной кислоты – MgSO₄·7H₂O, больше известной как английская соль, используемая в медицине в качестве слабительного. В морской воде сульфата немного, около 3 граммов на литр, но его влияние на звукопроницаемость велико. Кроме того, звуки рассеивает любая муть, любые взвешенные в воде частички, в том числе пузырьки воздуха и живые организмы. Рассеивание звуков в конечном итоге приводит к их ослаблению.

Не все звуковые волны способны в подводном мире покрывать большие расстояния. Коротковолновые высокочастотные колебания затухают значительно быстрее, чем длинные волны, следующие друг за другом с небольшой частотой. Таким образом, дальность распространения звука зависит не только от его силы, но и от его частоты. При ее увеличении в четыре раза скорость затухания звука возрастет в два раза. Тысячекилометровые расстояния способны пробегать, пересекая океаны из края в край, лишь волны в диапазоне от 100 до 1000 герц. (Герц соответствует одному периоду колебаний в секунду.)

Скорость звуковых волн никоим образом не зависит от их частоты. В морской воде звуки распространяются быстрее, чем в пресной, и в 4–5 раз быстрее, чем в атмосфере; в среднем со скоростью 1500 метров в секунду. Но с повышением температуры, давления и солености скорость звука в воде растет.

В однородной среде, какой бы она ни была, звуковые волны распространяются строго прямолинейно. Однако температура, давление и соленость воды в океане подвержены колебаниям. Непостоянством физических свойств объясняется изменение скорости звука при прохождении им различных горизонтов воды, что автоматически приводит к отклонению направления звуковых волн от их первоначального прямолинейного пути. Акустики называют подобное явление рефракцией. Не входя в его сущность, хочу обратить внимание на то, что звуковые волны всегда отклоняются в ту сторону, где скорость их распространения ниже. Неоднородность акустических свойств воды, вызывая рефракцию звука, приводит к возникновению двух интересных явлений, которые имеют существенное значение для обитателей океана.

Определенный характер рефракции привел к возникновению в океане постоянно существующего акустического канала, который, не прерываясь, простирается на многие тысячи километров, связывая самые отдаленные его точки. Как мы знаем, температура воды в океане с глубиной постепенно падает. В соответствии со снижением температуры происходит постепенное уменьшение скорости распространения звука, что, в свою очередь, приводит к отклонению звука в более глубинные зоны океана. Однако на определенной глубине всевозрастающее давление, наконец, компенсирует уменьшение скорости звука, связанное с понижением температуры, и дальше в более глубоких слоях воды она будет постепенно расти. Таким образом, в любых районах океана, пожалуй, кроме полярных областей, где отсутствует существенная разница температур, на определенных глубинах океана всегда оказывается слой, в котором скорость распространения звука минимальна. Он может располагаться на разных глубинах до 2000, но чаще всего находится на расстоянии 700 метров от поверхности. Этот слой воды и является звуковым каналом. В нем звук не рассеивается так широко, как обычно, а поэтому не так быстро ослабевает, как это произошло бы в полностью однородной среде.

Попав в звуковой канал, звук лишен возможности его покинуть, так как выше и ниже находятся зоны, где скорость распространения звуковых волн больше, и следовательно, при любой «попытке» выйти за пределы звуковода звуки будут отклоняться, отбрасываться назад окружающими слоями воды.

Звуковой канал обеспечивает связь между самыми отдаленными точками океана, и это имеет для его обитателей огромное значение. Одни из них благодаря наличию звуковода поддерживают связь между собою, другие с его помощью получают информацию о существенных для всего живого глобальных событиях, происходящих в океане. Звуковод создает большие удобства. У него один недостаток: малая скорость распространения звука. Взрыв глубинного заряда, произведенного у берегов Австралии, гидрофоны «услышали» даже в районе Бермудского треугольника, но, чтобы пересечь океан, звуку потребовалось почти 2,5 часа!

Второе явление, которое возникает в связи с рефракцией звука, – возникновение акустического экрана, роль которого выполняет все тот же акустический канал. Во время войны опытные командиры подводных лодок прятали свои субмарины под этим слоем воды, если он находился близко к поверхности, сквозь который был не в состоянии пройти поток локационных посылок. В настоящее время мощность гидролокаторов возросла настолько, что позволяет производить гидролокацию дна океана и всех крупных объектов, находящихся в толще воды, где бы они ни располагались. Таким образом, звуковой канал, обеспечивая морским организмам великолепные условия связи по горизонтали, создает серьезные препятствия для обмена информацией по вертикали.

Пейзажи подводного царства

Сады Семирамиды

Одно из семи чудес света – висячие сады, которые были сооружены в Вавилоне по повелению Навуходоносора на четырех этажах высокой башни. Это был подарок царя его любимой жене, мидийской царевне, тосковавшей в жаркой, голой, безлесной Вавилонии по горным прохладным лесам своей родины. Хозяйку удивительных садов звали вовсе не Семирамидой. Просто людская молва приписала их легендарной ассирийской царице, посмертно причисленной к богам.

Подводное царство богато висячими садами. Правда, растущие в них «деревья» не столь живописны, как посаженные по повелению царя Навуходоносора, но смею утверждать, по‑своему не менее красивы. Подводные висячие сады возникли не по чьей‑то прихоти и выполняют функцию единственной житницы океана, без которой жизнь здесь была бы невозможна. В отличие от «архитектурных излишеств» Вавилона висячие сады Посейдона – это огромные поля‑плантации, урожай с которых тщательно убирается, я бы сказал, утилизируется, и им в конечном итоге кормятся все обитатели подводного царства.

Как и на поверхности Земли, где основой производства продуктов питания являются зерновые, в океане есть свои «массовые культуры», на 95–99 процентов покрывающие потребности подданных Посейдона. Это, несомненно, водоросли. Они здесь основа основ органической жизни, а океан их родовая вотчина. Из 1000 взятых в океане наугад растительных организмов 999 будут наверняка водорослями. О них и пойдет речь.

Водоросли – сборная группа низших растений, объединяющая растительные организмы самых различных размеров от микроскопических одноклеточных величиной в доли микрона до многоклеточных гигантов, достигающих 30–60 метров. В водорослях сосредоточена четверть всего живого вещества Земли. Соответственно велико их значение в современной жизни океана и всей планеты в целом и трудно переоценима историческая роль как древних фотосинтезирующих организмов, насытивших земную атмосферу кислородом. От водорослей произошли высшие растения, сумевшие расстаться с водой и переселившиеся жить на сушу. Наконец, именно водоросли являются главным звеном круговорота в природе таких важнейших элементов, как кальций и кремний.

Представители большинства видов современных водорослей, кроме паразитов и организмов, научившихся пользоваться готовым органическим веществом, обладают способностью к фотосинтезу. Тела многоклеточных водорослей не расчленены, как у высших растений, на корни, стебли и листья, а устроены более однородно и состоят главным образом из так называемого слоевища, в котором отсутствует специализация на фотосинтезирующие и поглощающие питательные вещества части. Ведь водоросли живут в питательном «растворе» и могут всасывать его всей поверхностью. Поэтому у них нет таких органов, как древесные стволы, стебли и ветви, и отсутствует сосудистая система, выполняющая у наземных растений транспортную функцию, ведь им нет нужды перемещать по своему телу воду и питательные вещества. Все необходимое водорослям поступает к ним извне прямо туда, где эти вещества будут использованы.

Крупные водоросли – оседлые существа. Они живут на одном месте, прикрепившись к грунту специальной присоской. Это отнюдь не корень с его многообразными функциями, а всего лишь якорный канат. У крупных водорослей вроде ламинарий можно увидеть нечто, напоминающее сильно укороченный стебель, но это опять‑таки всего лишь фундамент, место крепления остальных частей растения. Никаких иных функций за этим органом, носящим название ножки, не водится. Нет у водорослей и цветков. Большинство размножается довольно сложным половым или бесполым способами. Очень часто даже самые крупные водоросли размножаются с помощью крохотных, активно передвигающихся зооспор. Могут водоросли плодиться и вегетативным путем, то есть частями, отторгнутыми от материнского организма.

Из того, что здесь было сказано о водорослях, больше половины относится к растениям, о которых речь пойдет в следующей главе. Органическое вещество в висячих садах Посейдона создают микроскопические одноклеточные водоросли динофлягелляты и диатомеи, объединяющие огромное число видов.

Диатомеи, или кремнеземки, – крохотные организмы размером от 5 микрон до 1 миллиметра. Сказать что‑нибудь определенное об их внешнем виде трудно, так они разнообразны. Диатомеи бывают треугольными, овальными, нитевидными или палочковидными, могут иметь форму блюдечка, розетки, чаши или еще более причудливый вид. Среди кремнеземок есть индивидуалисты, предпочитающие держаться особняком, и компанейские существа, образующие колонии в виде нитей, цепочек, лент, звездочек, снежинок. Колонии, конечно, крупнее одиночных водорослей, а потому заметнее.

Клеточное тело диатомоновых водорослей имеет две оболочки: внутреннюю пектиновую, какой пользуются клетки большинства растений, и наружный кремневый панцирь, устроенный как двустворчатая раковина, похожая на коробку с надетой на нее крышкой. Структура материала, из которого образована раковина, и ее конструкция различны у разных видов кремнеземок. Общая особенность – огромное количество пор, пронизывающих стенки коробки. Они предназначены для снабжения водоросли питательными веществами, кислородом и другими газами, необходимыми для жизнедеятельности одноклеточного организма.

Важная деталь панциря – кремниевые выступы в виде игл, рогов, щетинок. Они помогают растению не тонуть, выполняя роль парашюта, о чем речь ниже, и служат «стыковочными блоками», с помощью которых можно объединиться, создавая колонию. Прочность соединения усиливается с помощью клейкой слизи, выделяющейся через специальные поры. Клей обеспечивает надежное соединение, и некоторые диатомеи, отказавшись от стыковочных блоков, «строят» колонии на клею.

В клеточной протоплазме диатомей находится одно или несколько крупных тел шаровидной или овально‑уплощенной формы, окрашенных в зеленый, желтый или коричневый цвет. Это хромопласты, особые «органы» растительной клетки, где находится аппарат для улавливания солнечной энергии. Обычно они располагаются непосредственно под внутренней оболочкой, но когда интенсивность света становится велика, уходят внутрь клетки, «в тень».

Погибая, диатомеи медленно тонут. Их маленькое тело по дороге разрушается бактериями, и на дно падают главным образом раковины. Четырехкилометровой глубины достигают только раковины крупных диатомей. Мелкие за это время успевают разрушиться и раствориться в морской воде. На больших глубинах залегают мощные диатомовые илы.

Вторым важнейшим «деревом» висячих садов являются динофлягелляты. В их число входят перидинеи, или панцирные жгутиконосцы, о которых ботаники с зоологами еще окончательно не договорились, считать их растениями или животными, а исследования биохимиков дают основание предполагать, что динофлягелляты не являются ни тем, ни другим, занимая между растениями и животными промежуточное положение.

У этих организмов два жгутика, начинающихся рядом на «брюшной» стороне тела и расположенных перпендикулярно друг к другу. Начальная часть более толстого жгутика лежит в продольном желобке тела, а конец направлен назад и торчит наружу. Второй жгутик занимает поперечное положение, опоясывая тело «по экватору», и тоже уложен в специальной борозде. Некоторые динофлягелляты, хотя и называются панцирными жгутиконосцами, лишены оболочки. Большинство же имеет надежный панцирь, который построен из строго определенного числа пластин, изготовленных из клетчатки. На теле жгутиконосца они уложены в определенном порядке. Благодаря этому под микроскопом водоросль выглядит как сшитый из отдельных кусочков кожи футбольный мяч.

В теле большинства видов перидиней под наружной оболочкой находятся желто‑зеленые хромопласты. Они содержат хлорофилл, ксантофилл, перидинин, диноксантин и другие каротиноиды. Те динофлягелляты, которые владеют перечисленными пигментами, довольствуются фотосинтезом и использованием растворенных в морской воде нитратов и фосфатов. Остальные получают энергию, питаясь другими организмами, например, ресничными инфузориями и частичками детрита. Если фотосинтезирующие перидинеи попадают в мутную воду, куда свет не проникает, они способны стать «хищниками». В отличие от диатомей перидинеи – жители тропических и субтропических морей и служат здесь отличной пищей не только для рыбьих мальков, но и для взрослых рыб – сардин и анчоусов.

Некоторые перидинеи способны к свечению. Ночесветки испускают голубовато‑зеленый свет с максимальной длиной волны в 470 нанометров, а у гониаулаксов излучение чуть сдвинуто в более длинноволновую часть спектра.

В тропических морях широко распространены представители золотистых водорослей – кокколитофориды. Это очень мелкие жгутиконосцы диаметром не более 30 микрон, имеющие шарообразную или веретенообразную форму и снабженные двумя жгутиками. Одеты они в обычную оболочку, покрытую слоем слизи, а сверху дополнительно оснащенную мелкими известковыми пластинками – кокколитами, форма которых специфична для каждого из 200 видов водорослей. От того, как кокколиты расположены по отношению друг к другу, зависит жесткость и эластичность наружного скелета.

В некоторых районах Мирового океана, в частности в Средиземном море, кокколитофориды способны к массовому размножению, создавая огромную плотность до 30 миллионов в литре воды, и таким образом превосходят по продуктивности диатомей и динофлягеллят, составляя от 30 до 98 процентов мелкой части планктона. Значительна роль кокколитофорид и как накопителей углекислого кальция. Они активно участвуют в образовании мощных, в несколько сот метров толщиной, пластов океанических отложений и материковых пород. В мелах именно им принадлежит ведущая роль. Известковые илы покрывают ²/₃ поверхности дна Атлантического океана. В них скелеты кокколитофорид по численности занимают первое место, правда, по массе преобладают раковины фораминифер.

В северных морях заметную часть планктона составляют кремнежгутиковые – одноклеточные водоросли с кремневым наружным скелетом и одним жгутиком. Под оболочкой водорослей лежат золотисто‑желтые или бурые хлоропласты, в которых содержатся хлорофилл, фукоксантин и другие каротины. Кремнежгутиковыми питаются личинки иглокожих и других беспозвоночных.

Интересную группу представляют собой широко распространенные разножгутиковые водоросли. Особенно заметна их роль в антарктических морях. При массовом размножении они придают воде зеленоватый оттенок. Водоросли интересны тем, что про запас накапливают в своем теле не крахмал, а жиры. Постоянно встречаются в планктоне и сине‑зеленые водоросли. Впрочем, многие их виды предпочитают жить на дне и являются типичными представителями бентоса. По существу, водорослями их считать нельзя. По характеру клеточных ядер их относят к бактериям и называют цианобактериями, хотя среди них встречаются как одноклеточные, так и многоклеточные нитчатые виды, а многие способны образовывать большие скопления в виде корок и кустиков длиной до 20 сантиметров.

Сине‑зеленые водоросли содержат хлорофилл, каротиноиды, а также особый фотосинтезирующий пигмент фикобилипротеид, находящийся в специальных тельцах. Они окрашивают водоросли в сине‑зеленый или розовый цвет и часто являются причиной цветения воды. Окраска воды Красного моря связана с присутствием там сине‑зеленых водорослей. В южных морях, особенно в Индийском океане, при их бурном размножении вода на огромных пространствах приобретает красновато‑коричневый цвет. Некоторые виды сине‑зеленых водорослей съедобны, а порой обладают способностью фиксации азота воздуха. Видимо, в связи с этим их клетки богаты белком. Вот почему сине‑зеленые водоросли считаются перспективным объектом для культивирования с целью получения кормового и пищевого белка.

Плавучие сады занимают верхний стометровый слой воды. Одноклеточные водоросли благодаря незначительной величине легко удерживаются здесь и не тонут. У них велико соотношение размера поверхности и веса, благодаря чему трение о воду значительно и надежно удерживает их в поверхностном слое. Наиболее крупные водоросли, чтобы замедлить падение, пользуются парашютами.

Фабрики фотосинтеза – хромопласты отделены от протоплазмы клетки двумя оболочками. Внутренняя мембрана уложена в хитроумные складки, в результате внутри хромопласта образуется 10–20 плоских мембранных мешочков, уложенных стопкой, как блины. Мембрана каждого отдельного мешочка, или тилактоида, вымощена, как мостовая, микроскопическими «булыжниками» – квантосомами размером около 17,5 нанометра и массой 2 000 000 дальтона. (Дальтон равен ¹/₁₂ массы изотопа углерода C¹².) Эти кусочки мембраны содержат несколько видов пигментов. У диатомей это хлорофилл и ксантофилл, участвующие в фотосинтезе, и маскирующий пигмент диатомин.

Главный пигмент, обеспечивающий фотосинтез, – хлорофилл. Известно несколько его типов. У зеленых водорослей основным является хлорофилл a. Только он обладает фотохимической активностью. Остальные выполняют вспомогательные функции, собирая энергию солнечного света и передавая ее хлорофиллу. В качестве дополнительных пигментов зеленые водоросли используют хлорофилл b, диатомовые и бурые – хлорофилл c, красные – хлорофилл d. Обычные вещества растительных клеток – каротиноиды – используются как дополнительные пигменты. Они настроены на улавливание энергии световых волн иной длины, чем хлорофилл a. Дополнительные пигменты позволяют использовать в фотохимических реакциях до 95 процентов энергии солнечных лучей.

Фотосинтез – это процесс, с помощью которого зеленые растения и некоторые бактерии переводят энергию солнечных лучей в химическую форму, используя ее для синтеза углеводов из углекислого газа и воды. При этом из молекул воды высвобождается кислород, являющийся побочным продуктом фотосинтеза. Для восстановления одной молекулы углекислого газа и выделения одной молекулы кислорода нужно разрушить две молекулы воды, для чего необходима энергия 8 фотонов.

Висячие сады могут существовать лишь там, куда проникает достаточно света. Поверхность воды всегда отражает часть солнечных лучей. Даже в полдень, когда солнце находится в зените, а поверхность океана не тревожит и самая легкая зыбь, в воду проникает лишь 95 процентов света. В другое время дня или при волнении теряется до 30 процентов энергии солнечных лучей. Морские водоросли способны пользоваться ничтожными количествами света. Прозрачность воды оценивается в соответствии с глубиной, на которой еще виден белый диск диаметром в 30 сантиметров. Зона, где еще возможен фотосинтез, в 2,5 раза превышает эту величину. Светоулавливающие пигменты работают эффективно!

В открытом океане глубже всего в воду проникают лучи голубой части спектра, а в прибрежных районах – желтые и зеленые. Планктонные водоросли поглощают преимущественно лучи голубой части спектра. Свет, богатый красными лучами, тормозит фотосинтез. Вот почему наиболее комфортабельные условия для фотохимических реакций создаются на глубине 25–30 метров, куда лучи красной части спектра почти не проникают. В прозрачной воде до глубины 120 метров интенсивность фотосинтеза такова, что выделение водорослями кислорода способно еще компенсировать потребности дыхания. Опускаясь в бездну, одноклеточные водоросли могут осуществлять фотохимические реакции до глубины 300–600 и даже 900 метров, но уже не способны обеспечить свое существование за счет фотосинтеза и, чтобы жить, должны расходовать ранее запасенные вещества. Истратив все резервы, водоросли гибнут, если случайным током воды их не вынесет к свету.

Фотосинтез – основной процесс, ведущий к увеличению свободной энергии в биосфере за счет ее поступления извне. Подсчитано, что благодаря фотосинтезу за год на Земле создается около 150 миллиардов тонн органического вещества и выделяется 200 миллиардов тонн свободного кислорода. Почти половина этой колоссальной работы ложится на плечи одноклеточных водорослей океана. Далеко не все органические вещества и не весь кислород, полученные благодаря усилиям морских одноклеточных водорослей, расходуются жителями подводного царства. Они поступают в общую земную копилку и частично используются обитателями суши.

Леса и рощи

Житница подводного царства – висячие сады, – не украшают океан. Там, где они разрастаются пышным цветом, океанская вода теряет свою изумительную прозрачность и приобретает желтовато‑бурую, зеленую или даже красную окраску. Гораздо привлекательнее подводные луга, кустарниковые заросли и настоящие «леса», густые и «высокоствольные» и столь же непроходимые, как джунгли Амазонки. В отличие от висячих садов эти подводные заросли образованы достаточно крупными растениями, поселившимися на твердом грунте или на чем‑то другом, что может его заменить.

Подводные луга и леса не покрывают и десятой части площади дна океана и не спускаются в бездну. Они приурочены к береговой полосе, материковому побережью и берегам океанических островов. Они не так богаты видами, как наземные растительные сообщества, и образованы в основном водорослями. Только около 30 видов высших растений сумели прижиться в океане. Это в буквальном смысле слова капля в море.

Среди крупных подводных растений существуют любители по‑настоящему твердых «почв» вроде поверхностей камней и скал. Для прибрежных зон характерны сильные течения и перемещения водных масс, связанные с приливами, отливами и с береговым прибоем. Мелкие частички грунта не способны удержать крупные растения, обладающие существенной «парусностью». Они смываются водой вместе с частичками грунта, за которые сумели ухватиться, уносятся в океан и там в конце концов гибнут. Зато мелкие растения, укрепившиеся на мягких грунтах, умеют их «цементировать», создавая подходящие условия для жизни более крупных растений.

Некоторые водоросли, так называемые эпифиты, поселяются на теле других растений. Они не паразиты, а простые квартиранты. Им нужна всего лишь жилплощадь, и особого вреда хозяевам «квартир» они не приносят. Одни эпифиты, в особенности маленькие, нетребовательны и способны жить на ком угодно. Крупных интересует размер «жилплощади» и прочность фундамента. Встречаются и привереды, выбирающие квартирных хозяев с большой осмотрительностью из очень ограниченного числа растений.

Кроме безобидных квартирантов, в подводных лесах встречаются настоящие паразиты, присутствие которых совсем не безразлично для эксплуатируемых ими «хозяев». У паразитов вполне сформировавшиеся вкусы и весьма ограниченный выбор объектов эксплуатации. Есть среди них и широкие натуры, не обнаруживающие при выборе хозяев каких‑то специфических пристрастий.

Некоторые растения охотнее других поселяются на плавающих в воде объектах, в том числе на корпусах судов. Они наносят серьезный вред мореплаванию, резко увеличивают трение корпуса судна о воду, снижая его скорость и увеличивая эксплуатационные расходы.

Подводные леса живут по тем же законам, что и висячие сады. Водоросли содержат хлорофилл, а красная, бурая или коричневая окраска многих из них объясняется тем, что зеленый цвет хлорофилла замаскирован другими пигментами. Водоросли существуют за счет фотосинтеза. Главное условие их процветания – наличие света, обеспечивающего растения энергией для синтеза органических веществ. Вот почему их заросли встречаются лишь на мелководье. Их нижняя граница, в зависимости от прозрачности воды, находится на глубине от 40–50 до 200 метров. Вся остальная поверхность дна свободна от растительного покрова.

Температура воды океана колеблется в диапазоне около 30 градусов, что не лимитирует распространения растений, хотя для каждого вида существуют свои излюбленные температуры и свои температурные границы. В подводных лесах встречаются любители очень теплой и совсем холодной воды, но для жизни большинства наиболее благоприятны умеренные температуры. Вот почему самые мощные подводные заросли приурочены к умеренным и приполярным широтам. Не накладывая ограничений на общее распространение подводной растительности, температура воды оказывает серьезное влияние на интенсивность обменных процессов, на темпы роста и скорость размножения.

Для процветания подводных лесов необходимо регулярное поступление неорганических веществ, содержащих азот, фосфор, калий, кальций и целый ряд микроэлементов в виде соединений, способных усваиваться растениями. Ими чаще всего бывает богата океанская бездна. Там, где глубинные воды выносятся к поверхности, создаются благоприятные условия для развития подводных растений. Содержание кислорода подвержено менее резким колебаниям. Для существования подводных лесов необходимо, чтобы выделяемый в процессе фотосинтеза кислород полностью покрывал кислородные потребности растений. Там, где для фотосинтеза им не хватает световой энергии, а кислород выделяется в незначительных количествах, и проходит нижняя граница распространения растительных сообществ.

Использование растениями света зависит в первую очередь от температуры. Низкие и высокие температуры неблагоприятны для поглощения энергии света. Вот одна из причин приуроченности наиболее мощной подводной растительности к зоне умеренного климата. Для фотосинтеза необходимо регулярное пополнение запасов биогенных веществ и неорганики. Поэтому крайне важно интенсивное движение воды. Как бы ни была богата вода необходимыми веществами, если она сохраняет неподвижность, запасы будут быстро израсходованы, а их пополнение с помощью диффузии не сможет в полной мере обеспечить потребности растений, и жизнедеятельность водорослей окажется приторможенной. Напротив, в относительно бедных водах при их интенсивном движении снабжение растений будет хорошим.

Интенсивное движение воды может быть губительно для нежных водорослей, в особенности когда они молоды, и препятствовать их закреплению на грунте. Однако именно в проливах с сильным течением, у далеко выдающихся в море мысов, в зоне высоких приливов или интенсивного прибоя подводные заросли бывают особенно пышными, потому что вода вокруг водорослей интенсивно обновляется, обеспечивая своевременное снабжение растений всем необходимым. При хорошо налаженном снабжении усиливается обмен веществ, а темпы фотосинтеза увеличиваются вдвое, и водоросли вырастают крупными и здоровыми. Усиленное снабжение так эффективно стимулирует фотосинтез, что его интенсивность остается высокой даже при существенном снижении освещенности.

Движение воды не позволяет молодым маленьким водорослям покрываться грязью, так сказать, заиливаться, и мешает нормальному существованию растительноядных животных. Немногие из них способны «пастись» в зоне прибоя. Ну а для прикрепления к твердому субстрату различных зачатков водорослей (спор, гамет и зигот) течение не помеха. Дело в том, что у поверхности любого предмета находится пограничный слой воды, который из‑за трения остается неподвижным. Его толщина колеблется в пределах 10–100 микрон. Он тем толще, чем значительнее размеры подводных объектов и чем медленнее движение воды. Толщина пограничного слоя вполне сопоставима с размером зачатков большинства водорослей. Они находят в нем убежище, спасение от бурного движения во