Гидротермы и экологические оазисы

Радиограмма. 19 ноября 1986 г. в Институт океанологии им. П. П. Ширшова АН СССР пришла радиограмма с борта научно – исследовательского судна «Дмитрий Менделеев», находившегося в Тихом океане. Сквозь даль океанских просторов и атмосферные помехи мы получили фантастическую информацию от руководителя экспедиции члена – корреспондента АН СССР А. П. Лисицына.

На входе в Калифорнийский залив на дне котловины Гуаймас обнаружено большое количество гигантских башен гидротермальной постройки. Высота их достигает несколько десятков метров, а вес – нескольких сотен тысяч тонн. Пробы показали богатое содержание цветных металлов. Башни гудят, шипят, некоторые извергают жидкое пламя высотой до 1 км. Оно сжигает изоляцию кабеля. Измерительный зонд поврежден. В условиях термоопасности сделано 25 погружений подводными обитаемыми аппаратами «Пайсис». После погружений они пахнут дизельным топливом. В гидротермальных постройках, возможно, имеется нефть. В том же районе обнаружены выходы газогидратов. Найдено 8 групп микроорганизмов, другие необычные животные. Собрали богатую коллекцию.

Наша экспедиция нашла очень большие гидротермальные сооружения на дне океана – башни. Представление об их размерах дает рисунок на с. 30, где семиэтажное здание Института океанологии в Москве изображено на фоне одной из таких построек. Она чем‑то напоминает гигантский термитник.

Гигантская гидротермальная постройка в сравнении со зданием Института океанологии им. П. П. Ширшова АН СССР.

В ней более полумиллиона тонн ценнейшей руды.

Интересно, что очень горячая вода на поверхность океана не выходит. В этом состоит одна из трудностей поиска гидротерм. На высоте всего 200 м над местом выхода горячих струй на дне (по измерениям американских ученых), температура воды только на 0,02 °C больше температуры окружающих слоев воды океана.

Куда девается горячая и, видимо, более соленая вода? Вопрос этот недостаточно исследован. Дело, видимо, в коллапсе. Так называется мало изученное явление, вызванное стратификацией океана. Поднимающиеся вверх струи воды наталкиваются на неподвижный слой океанской воды иной плотности. Он действует как потолок. Натыкаясь на него, идущие снизу струи не в силах его пробить и растекаются в стороны, образуя подобие «блина».

В результате этого эффекта близ дна могут образовываться большие объемы воды с высоким градиентом температуры. Может быть именно там следует располагать установки для преобразования энергии теплового градиента в электрическую энергию?

Начался новый этап в исследованиях Мирового океана, в котором классическая океанология связана с физикой и химией реакцией при высоких давлениях и температурах, биологией и биохимией существ, живущих там при высоких температурах.

Фантастика, ставшая действительностью. А. может ли в океане температура воды быть в несколько сотен градусов Цельсия? Например, градусов 450–50 °C?

Не правда ли, еще и сейчас этот вопрос звучит странно? А в начале 70–х гг. он казался просто фантастическим.

Само собой разумеется, не вся вода, а лишь небольшая часть ее у дна в отдельных, особых местах. Таких, где есть выход гидротерм. Гидротермами называются разогретые внутренним теплом Земли воды, отличающиеся по своему химическому составу от обычной воды большим содержанием различных солей, или повышенной минерализацией.

Мысль о том, что на дне океана могут быть источники с очень высокой температурой воды, впервые была высказана Т. В. Розановой. К ней отнеслись с недоверием. Но в 1977 г. на дне Тихого океана американская экспедиция обнаружила источники с температурой 17 °C, а в 1982 г. – с температурой около 400 °C! Выло найдено много неожиданного, в том числе особые сооружения, выросшие на дне благодаря отложению солей. Что‑то вроде гигантских сталагмитов, встречающихся в пещерах. Но самым удивительным оказался необычный животный мир, процветающий там без солнца, во мраке. Богатые жизнью придонные области вокруг горячих источников – гидротерм получили название экологических оазисов. Гидротермы и экологические оазисы – одно из открытий науки.

В рифте Таджура в Аденском заливе на глубине 1400 м отбирается образециз осадочного чехла

Гидротермы образуются при взаимодействии горячей магмы и придонной воды. Образование гидротерм – глобальное явление, имеющее большое значение для Мирового океана и для Земли в целом. На дне Красного моря впервые они были обнаружены в 1964 г. Это были впадины, заполненные горячим и очень соленым рассолом. Содержание солей в нем составляет около 300 г. на литр. Примерно в 10 раз больше, чем в обычной океанской воде. Несколько отличается и химический состав. В красноморских гидротермах содержится больше редких и ценных элементов.

Температура воды в красноморских впадинах была около 64 °C. Установлено, что она там постепенно повышается: примерно на один градус каждый год. Но об источниках на дне с температурой в несколько сотен градусов тогда еще никто не знал.

В 1967 г. в Институте океанологии при исследовании образцов осадков из рифтовых зон океана обнаружили, что осадки в рифтовых долинах значительно отличаются от осадков на дне в окружающем их океане. Они образованы в значительной мере из продуктов дробления скальных горных пород дна под действием тектонических движений: громадные блоки горных пород, двигаясь по разломам, растирают, словно жернова гигантской мельницы, самих себя, а продукты перетирания в виде мелких обломков минералов высыпаются на дно океана, где и образуют необычные осадки, свойственные только тектонически активным разломам.

Кроме того, в осадках рифтов срединно – океанических хребтов были найдены минералы, образовавшиеся здесь же, на месте, под действием каких‑то химических реакций. Каких именно – это предстояло выяснить. Возникла догадка – не действуют ли здесь гидротермы – горячие растворы, поднимающиеся из недр океанской коры. Чтобы не ошибиться в выводах, надо было найти хотя бы следы гидротермальных изменений в коренных породах. Нужны были образцы коренных пород, т. е. образцы кристаллических магматических пород, слагающих дно и склоны рифтовых долин.

В 1967 г. были получены и тщательно исследованы два маленьких образца породы (во время второго рейса научно – исследовательского судна «Академик Курчатов» они были подняты прямоточной трубкой со склона рифтовой долины подводного Аравийско‑Индийского хребта с глубины 3500 м).

Первое же исследование показало, что оба образца относятся к породам, содержащим сульфидные минералы, т. е. минералы, состоящие из металлов и серы. Самый маленький образец был размером всего 35Х ЗОХ 20 мм. Но, как показали дальнейшие исследования, он состоял из многих минералов, в том числе титаномагентика, ильменита и халькопирита (сульфида меди и железа).

По результатам тщательного исследования, выполненного Т. В. Розановой и Г. Н. Батуриным, в 1971 г. была опубликована статья «О рудных гидротермальных проявлениях на дне Индийского океана», в которой говорилось об обнаружении в образце продуктов распада твердых растворов железо – титановых минералов. Последнее возможно при температурах 400–500 °C.

Изучение под микроскопом халькопирита показало своеобразный характер зерен. Они образовали решетчатую структуру, так называемые двойники превращения, возникающие при температуре не ниже 550 °C. Значит, рудные минералы образовались в результате наложения нескольких стадий гидротермальных минерализаций на кристаллическую породу. Все это было обнаружено в образце породы, найденном на поверхности дна Индийского океана. Кажется, все ясно. Но делать вывод, что минералы, требующие около 500 °C для своего образования, там и появились, было еще рано. Это противоречило всем канонам. Гидротермы с температурой в несколько сотен градусов еще не были найдены на дне океанов…

В 1976 г. Т. В. Розанова опубликовала вторую научную работу – «О керолите, пирротине и триолите в осадках впадины Хэсса». В ней сообщалось о результатах исследования образца породы из впадины Хэсса, который был найден в океане в 1972 г. во время восьмого рейса научно – исследовательского судна «Дмитрий Менделеев». Начальником этой экспедиции был А. П. Лисицын – глава советской школы морских геологов, занимающихся изучением современного осадкообразования в Мировом океане. Осадки на дне океанов образуются непрерывно, круглые сутки. Если будем знать, что сегодня движется в толще воды вниз, то будем знать, какой осадок образуется на дне завтра. Пробы воды с разных глубин и особые ловушки на дне океана дают много ценной информации об этом.

Впадина Хэсса – загадочное образование на дне Тихого океана в точке с координатами 2°12′ с. ш. и 101°35′ з. д. Эту точку вы можете найти на рельефной карте дна Тихого океана (см. рис. на с. 38). Впадина расположена в осевой зоне подводного Галапагосского хребта вблизи его стыка с Восточно – Тихоокеанским поднятием. В последние годы этот район дна Тихого океана привлекает особое внимание исследователей.

На глубине 5 тыс. м впадина Хэсса имеет длину всего 6,5 миль при ширине около 2 миль. Склоны впадины круто уходят вниз. Она похожа на гигантский каньон со слегка наклонным дном, которое находится на глубинах в пределах' 5200–5376 м. Морские геологи называют впадину изолированной тектонической депрессией. Последнее означает, что она образована тектоническими силами.

Впадина была найдена в 1970 г. американской экспедицией. А теперь она привлекает внимание геофизиков как центр раздвижения литосферных плит. Образец из впадины был поднят драгой.

Подъем драги – всегда событие в любой экспедиции. А если драга поднимается из такой малоисследованной впадины, как впадина Хэсса, то событие особое. В этот раз на осмотровый стол из драги вывалилась целая тонна донного ила! Но не серого, как обычно, а пестро окрашенного: оттенки зеленого, голубого, красного цветов. Раньше такое в океане не встречалось. Драга принесла богатый улов.

Окружившие стол сотрудники экспедиции быстро разбирают образцы, каждый – по своей специальности. Кое‑что отобрала для анализа и Т. В. Розанова. А когда она протирала тряпкой стол, почувствовала какой‑то твердый комочек. Осмотрела его – серенький жесткий обломок, залепленный илом. Помыла его под струей воды. Как будто ничего особенного. По всей видимости, обычный фораминиферовый песчаник. Таких было, кажется, много. Хотела бросить за борт. Но – стоп! Почему серый? Решила посмотреть его под микроскопом. Под микроскопом неожиданно засверкали грани кристаллов. Образец оказался очень ценным. Определить его состав в судовой лаборатории не удалось. Только много времени спустя было установлено, что образец относится к редкой ассоциации минералов. Но как он мог образоваться во впадине? Не просто на дне океана, а именно во впадине? Это обстоятельство имело решающее значение. В теоретических построениях Розановой глубокие рифты и впадины в океанской коре уже прочно связались с высокой температурой воды в них. Не во всех, конечно, а только в тех, откуда были взяты образцы пород. После исследования образца из впадины Хэсса она окончательно убедилась в этом.

Два японских автора за несколько лет до этого опубликовали научную работу, в которой описали лабораторные опыты по искусственному созданию ассоциации минералов, по своему составу очень похожей на то, что было найдено во впадине Хэсса. Для этого им потребовалась температура от 400 до 600 °C при давлениях от 0,5 до 3 килобар.

Вторая работа Розановой заканчивалась довольно решительным выводом, что изменению подверглись современные геологические образования. А гидротермальные растворы, преобразовавшие этот осадок, поступавшие на поверхность дна океана, имели температуру более 350 °C.

Однако до признания работы было еще далеко. Убеждение в справедливости доводов советского ученого пришло только после того, как в Тихом океане были действительно обнаружены источники с очень горячей водой, имеющей температуру, близкую к указанной. Горячие гидротермы были открыты с помощью подводного обитаемого аппарата «Алвин». Исследования первоначально были начаты в рифте Срединного атлантического хребта франко – американской экспедицией «Фамоус». Но в этом районе гидротермальная активность оказалась слабой. Поэтому работы были перенесены в Тихий океан. Здесь успех превзошел самые смелые ожидания. Были открыты не только мощные поля гидротерм с разной температурой, но и особые экологические оазисы, населенные невиданными существами.

Подтвердились предположения молодого советского ученого. Пожалуй, это единственное открытие в океанологии, сделанное под геологическим микроскопом.

Рельефная карта дна Тихого океана.

Экологические оазисы. Абиссаль, или абиссальная зона, – глубоководная область Мирового океана: она начинается с 2 тыс. м, самой глубокой ее частью являются желобы (впадины), в них глубины около 7 тыс. м и больше.

Абиссаль – наиболее пустынная область океана. Это не удивительно: туда не доходят лучи Солнца. Ведь один метр прозрачной морской воды ослабляет свет приблизительно так же, как несколько километров воздуха. В абиссальных глубинах всегда темно, холодно и мало пищи. Отсутствует фотосинтез – основа питания всего живого на Земле. По этим причинам животный мир абиссальной области обычно беден. Так считалось всегда.

Бентос – совокупность организмов, живущих на дне океана. Количество живых организмов на 1 м² поверхности дна называется биомассой. Размерность биомассы – г/м² или кг/м². Среднее значение биомассы бентоса для абиссали обычно менее 0,5 г/м². Для наиболее богатых районов – до нескольких граммов на 1 м² дна, а для наиболее бедных районов открытого океана – всего 0,02–0,05 г/м². Не зря такие районы называют абиссальной пустыней.

Все это было известно давно и сомнений ни у кого не вызывало. Считалось, что раз там нет солнечного света, то нет и фотосинтеза. Следовательно, отсутствует первичная продукция. Немногочисленные донные животные абиссали питаются тем немногим, что опускается им сверху, жалкие остатки пищи, обычно в виде фекалий… Откуда же взяться в абиссали богатой жизни?

Но вот однажды эта точка зрения изменилась. В подводном обитаемом аппарате ученые опустились на дно Тихого океана и увидели там такое удивительное богатство жизни, которое, кажется, не приходило в голову ни одному фантасту. Летом 1985 г. у тихоокеанского побережья Японии работала франко – японская экспедиция: 27 глубоководных погружений совершили ее участники на подводном обитаемом аппарате «Наутилус». Работа велась в зоне субдукции, т. е. там, где одна литосферная плита задвигалась под другую. Наибольшая глубина погружений «Наутилуса» достигала 5960 м. Этот французский аппарат рассчитан на погружение до максимальной глубины 6 тыс. м.

При семи погружениях обнаружены чрезвычайно богатые скопления донных животных. В наиболее интересных районах дно было сплошь покрыто крупными двустворчатыми моллюсками (калиптогенами). Биомасса здесь составляла от 16 до 51 кг/м². Это – громадные цифры. Для сравнения: в тропическом мелководье, славящемся обилием жизни, биомасса редко превосходит 20–25 кг/м².

Калиптогены относятся к трем новым видам, ранее науке не известным. Два из них обнаружены на глубинах от 3800 до 4020 м в устье подводного каньона, находящегося к востоку от полуострова Кии. При повторном погружении «Наутилуса» на то же место через четверо суток было обнаружено, что вся колония передвинулась за это время на несколько дециметров. Кочующие в глубинах колонии – это также новость.

Крупные моллюски нового вида найдены на южной и северной частях островного склона Японского желоба и в районе стыка Японского и Курило – Камчатского желобов. Они обитают в этих районах на глубинах от 5130 до 5960 м. Состав сопутствующих им видов беспозвоночных изменялся от места к месту.

Большие скопления гигантских моллюсков на глубинах около 6 км – это самый глубоководный экологический оазис из числа известных сегодня в Мировом океане. Кстати, температура воды в нем – около 0,6 °C. Оазис этот вызывает удивление своими моллюсками. Не должны они там быть! На глубинах более 5 тыс. м твердые соединения кальция, из которых состоят ракарины, растворяются в морской воде. Как моллюски сохраняют свои раковины на глубинах около 6 тыс. м?

Есть и другие секреты. Например, опустили однажды ученые на дно на глубину около 9600 м приманку (дохлую рыбу), а рядом с ней поставили подводный фотоаппарат. И стали последовательно, кадр за кадром, фотографировать тех, кто явился на угощение. Сначала приплыли разные рыбы, потом собрались рачки. А через 12 ч от большой рыбы остался только скелет. Спрашивается: как смогли рыбы, приплывшие первыми, так быстро получить информацию? Ведь коэффициент диффузии многих ионов в морской воде имеет порядок всего 10“ ¹⁰ м²/с. Каков механизм передачи информации о наличии пищи?

Ультрабиссальные области океана – это глубоководные желобы. Они еще мало исследованы. Занимают всего 0,5 % от площади Мирового океана. Но заслуживают самого большого внимания. Некоторые ученые считают их горячими точками планеты. В них – особая, неземная жизнь. Их трудно исследовать, поэтому на таких глубинах мало зондирований, всего несколько десятков. Неведомый мир ждет своих исследователей.

Первый экологический оазис был открыт американскими учеными в 1977 г. Они нашли его, опустившись на дно в подводном обитаемом аппарате «Алвин». Он назван так по имени главного конструктора Алвина Вайна. Предварительно была получена важная информация с помощью подводного необитаемого аппарата «Ангус». С помощью вспомогательного судна «Ангус» долго буксировался в воде над дном океана в районе исследований. С него во время буксировки автоматически производилась киносъемка поверхности дна. После проявления отснятой пленки на некоторых кадрах были замечены белые пятна, напоминающие раковины. Тогда‑то и было решено опуститься туда на «Алвине». Результаты этого погружения превзошли самые смелые ожидания. Был открыт новый сказочный мир, процветающий во мраке.

Описанные события произошли в 1977 г. в Тихом океане на расстоянии 280 км к северо – востоку от Галапагосских островов. Здесь на глубинах 2500–2700 м находится рифт (трещина) между литосферными плитами Кокос на севере и Наска на юге. Этот рифт называется Галапагосским. Над ним происходило погружение «Алвина».

Не зря зовут Галапагосские острова зачарованными. Под тропическим солнцем на них живут рядом пингвины, тюлени и морские львы. И еще такие животные, которых нигде больше нет. Взять хотя бы крупных морских ящериц – игуан, в больших количествах встречающихся на прибрежных откосах. Черные и блестящие, как антрацит, со страшными мордами, они показались открывателю островов епископу Де – Берланге исчадиями ада. На самом же деле игуаны – безобидные создания, питающиеся водорослями… Есть что‑то общее между необычностью Галапагосских островов и открытиями на дне океана вблизи них.

На рисунке на с. 45 видны многочисленные раковины гигантских двустворок и крупная розовая рыба неизвестного вида, а также белый краб. А дальше – красивые большие стебли, слегка напоминающие флагштоки. Их высота достигает нескольких метров. В них живут громадные черви – вестиментиферы, которых оценили пилоты подводных обитаемых аппаратов. Дело в том, что эти черви живут при температуре не выше 40 °C. Если они на дне есть, можно вести свой аппарат спокойно. Если же вестиментиферы пропали – берегись! Это может означать повышение температуры воды до пределов, опасных для аппарата и его экипажа.

Удивляет яркая окраска многих животных. Зачем она им нужна в полном мраке? Что там абсолютный мрак, никто не сомневался.

Открытие экологических оазисов вызвало множество разных вопросов. Верны ли теперь сведения о бедности животного населения океанского дна на больших глубинах?

Конечно, верны. Необычайное богатство жизни на больших глубинах найдено лишь на отдельных, небольших по своим размерам участках дна океана в районах действия гидротерм. А там, где их нет, по‑прежнему простирается абиссальная пустыня. Именно поэтому богатые жизнью участки в поле гидротерм называют экологическими оазисами. Этот термин хорошо показывает истинное положение дел. Гидротермы выполняют роль родников в оазисах обычных песчаных пустынь на поверхности Земли. Но сравнение это, конечно, не совсем точно.

Продолжение исследований с помощью «Ангуса» и «Алвина» в Тихом океане привело к еще более удивительным открытиям.

«Ангус» – подводный необитаемый аппарат (без экипажа) предназначен для автоматического фотографирования дна. Он буксируется надводным судном в толще воды океана на высоте примерно 18 м над дном. Имеет мощные источники света. С одной зарядки может сделать около 3 тыс. цветных фотографий. В ноябре 1979 г. при обследовании Калифорнийского залива на отснятой пленке были обнаружены клубы черного дыма вблизи дна. По фотографиям нельзя было определить, откуда идет дым. В этот район был вызван «Алвин». Первый же спуск принес успех. Исследователи установили, что черный дым оказался клубами черной воды. Громадные фонтаны черной воды били из труб разной высоты, некоторые в несколько метров.

Надо было измерить температуру черной воды. «Алвин» бросало вправо и влево струями мощного придонного течения. Тем не менее пилоту удалось подвести аппарат к одной из труб и с помощью манипулятора ввести датчик электрического термометра прямо в ее горловину (диаметром около 15 см), откуда бил черный фонтан.

Термометр «Алвина» показал 350 °C. В соседних черных фонтанах температура воды тоже была не ниже 350 °C.

Изучение гидротерм, оказавшихся столь горячими, опасно. Малейшая неосторожность грозит гибелью экипажу. Подводный обитаемый аппарат «Алвин», как и некоторые другие аппараты такого типа, имеет иллюминаторы из органического стекла. Оно размягчается при температуре выше 85 °C! Нельзя забывать и о высоком давлении воды у дна, близком к 300 атм. Чтобы не попасть в беду, пилоты подводных аппаратов не подходят вплотную к горячим струям. Температуру воды измеряют с помощью электрического термометра, вынесенного вперед манипулятором.

Трубы на дне, извергающие фонтаны черной воды, получили название «черных курильщиков». Позже были обнаружены трубы, из которых бьют фонтаны белой воды. Их назвали «белыми курильщиками». Изменение окраски океанской воды вызвано особыми химическими реакциями, происходящими между гидротермами и океанской водой.

А в 1982 г. американские ученые Дж. Бэррос и Дж. Деминг опустились в «Алвине» на глубину 2650 м в Тихом океане, в районе Галапагосского рифта, и взяли пробу воды из горячего источника на дне с температурой выше 300 °C с помощью особого прибора – пробоотборника, обеспечивающего сохранение температуры воды не ниже 250 °C. Результаты исследования превзошли самые смелые ожидания: в воде пробы оказалось много живых бактерий нового, неизвестного ранее вида.

Фантастические свойства этих бактерий потрясли ученых. Жизнь при адской температуре, без света, под громадным давлением кажется совершенно немыслимой с нашей точки зрения. А они живут и размножаются! Попытка в лаборатории снизить температуру воды с бактериями ниже 90 °C привела к прекращению их размножения. Им стало слишком холодно. Согласно другому сообщению, снижение температуры воды ниже 100 °C привело к полной гибели бактерий. Этот вид бактерий часто называют термофильными. Известны они также под названием археобактерий. 250 °C оказались для них достаточно комфортной температурой. При этой температуре, согласно сообщениям печати, бактерии живут и размножаются в лаборатории. Чтобы обеспечить им необходимые условия, в качестве жилища был использован сосуд, похожий на кастрюлю – скороварку с прочной герметичной крышкой. В таком сосуде легко поднять температуру воды до необходимой величины при одновременном увеличении давления.

Как эти бактерии живут при столь высокой температуре? Чем объяснить такую высокую устойчивость термофильных бактерий к высокой температуре? Ведь даже бумага обугливается при температуре выше 2 30 °C. А в струях гидротерм температура значительно выше, местами – почти вдвое! По своему химическому составу они, как сообщается, имеют необычайно высокое содержание двух аминокислот – глицина и серина. Но эти аминокислоты не отличаются особой термостойкостью.

У обычных бактерий при сколько‑нибудь значительном повышении температуры происходит свертывание белков и наступает смерть. Видимо, решает вопрос не столько химический состав, сколько особенности строения. У термофильных бактерий более прочная конструкция молекул, устойчивая к высокой температуре.

Свертывание белков, или коагуляцию их, вы можете видеть, когда готовите яичницу. Повышение температуры в пределах 60 °C приводит к разложению белков, распаду цепочки ДНК, слиянию ферментов, деформации клеточных мембран. Для любого живого существа эти процессы означают смерть. Почему же они не происходят у термофильных бактерий?

Исследования под электронным микроскопом показали более прочную конструкцию молекул тела этих бактерий. Цепочка липидов у них имеет особое ветвистое строение, что увеличивает крепость их связи с мембранами. Витки спирали ДНК у них имеют больше точек крепления к мембране, как у микробов, устойчивых к радиации. Конструкция белковой молекулы более жесткая. Возможно, по этой причине деформации, возникающие при высокой температуре, не превосходят опасных пределов.

Со времени Пастера известно, что прокипяченная бактерия – это погибшая бактерия. А чтобы уничтожить этих, новых, их надо, наоборот, охлаждать!

Еще много загадок в строении белковых молекул живых существ. Расшифровка строения белковых тел – весьма сложная проблема. Изучение строения различных белков – передний край биологической науки. Термофильные бактерии – интереснейший объект для исследований. А если бы удалось скрестить их с другими живыми существами, сохранив у гибридов высокую термическую устойчивость, то могли бы открыться перспективы поистине фантастические. То, что делается сегодня в генной инженерии, уже мало чем отличается от фантастики. Ведь скрестили же ученые клетку комара с клеткой человека и клетку человеческой опухоли с клеткой моркови!

В гидротермах найдено два типа теплолюбивых бактерий. Оба они относятся к археобактериям. Окаменелые останки этих бактерий были раньше обнаружены в геологических отложениях, возраст которых около 3,8 млрд. лет. Никто и не предполагал, что в наши дни могут быть найдены их живые родственники. Возникла гипотеза, что археобактерии – предки всех живых существ на Земле. Впрочем, некоторые ученые думают, что они и не бактерии вовсе.

Так или иначе, но микробиологи давно отметили, что микроорганизмы обычно более жизнеспособны, чем растения и животные. Они могут существовать при экстремальных условиях, когда ни животные, ни растения не выживут.

Население удивительного мира, открытого в поле горячих гидротерм, не ограничивается бактериями и червями. Оказалось, что там живут и другие, значительно более высокоорганизованные существа. Сообщается об открытии 35 новых видов. Целый новый мир невиданных ранее животных. Некоторые сообщения звучат столь фантастично, что не все ученые им доверяют.

Ограничимся ссылкой лишь на одну работу. В 1980 г. американские ученые сообщили об открытии в поле гидротерм нового многощетинчатого червя Alvinella pompejana (Альвинелла помпейяна). Червь имеет длину до 10 см. Толщина его примерно с мизинец взрослого человека. Он обнаружен в поле гидротерм на дне Тихого океана в точке с координатами 21° с. ш., 11°13′ з. д. Живет этот червь в нижней части труб «черных» и «белых курильщиков» с наружной стороны, вблизи основания. Трубы в этом районе достигают высоты 17 м. Температура в месте обитания червя – около 260 °C!

Свое название многощетинчатый червь получил в честь Алвина Вайна – главного конструктора подводного обитаемого аппарата «Алвин», с помощью которого он был найден. Точнее – вытащен манипулятором вместе с куском породы из основания высокого «курильщика».

Живет этот червь в стрессовом окружении: перегретая вода, насыщенная ядами, высокое давление – около 300 атм, отсутствие света и фотосинтеза. А он живет. Как это может быть? Если все сказанное подтвердится в будущем другими исследователями, то таким животным, может быть, и на Венере окажется в самый раз?

На рисунке на с. 51 приведен общий вид многощетинчатого червя Alvinella pompejana. Несмотря на свои относительно малые размеры, червь этот – одна из самых больших загадок океана. Откуда все эти многочисленные животные на дне в поле гидротерм берут пищу? Как они питаются? Биомасса бентоса там иногда превосходит среднюю цифру почти в тысячу раз. Чем же они живут?

Общий вид неизвестного ранее многощетинчатого червя Alvinella pompejana, открытого в экологическом оазисе.

Ответ оказался неожиданным. Все многочисленное население экологических оазисов в темных глубинах живет за счет бактерий. Они образуют органическое вещество с помощью химического синтеза (хемосинтеза). Этим органическим веществом питаются все многочисленные животные в полях гидротерм. Установление факта, что хемосинтез бактерий может поддерживать мощные экологические системы в глубине океана в темноте – одно из самых больших биологических открытий в океане. Бактерии выполняют роль первого звена пищевой цепочки в экологических оазисах. Ими питаются животные, образующие следующие звенья. Бактерии питаются сероводородом и другими неорганическими веществами, имеющимися в больших количествах в гидротермах. Они живут за счет хемосинтеза. Этот синтез происходит без лучей света. Он был открыт 100 лет назад в лаборатории русским ученым Сергеем Николаевичем Виноградским.

Что такое хемосинтез? 1887 г. Страсбург. Лаборатория немецкого ученого Генриха Антона де Бари.

Молодой русский ученый С. Н. Виноградский после окончания естественного отделения Петербургского университета приехал в Страсбург на стажировку в лабораторию де Бари, известного немецкого ботаника, специалиста по водорослям и грибам.

В качестве научной темы ему предложили заниматься не водорослями и не грибами, а серными бактериями. Бактерии тогда были в центре внимания научной общественности в связи с дискуссией вокруг учения о полиморфизме. Учение это имело многочисленных сторонников. Суть его заключалась в том, что микробы якобы не подчиняются закону постоянства формы. Полиморфисты думали, будто бы самые различные по форме и физиологическому действию микробы могут взаимно переходить друг в друга…

Тщательные опыты Виноградского на водных серобактериях показали ложность этого учения. Но одновременно с опровержением полиморфизма он сделал важное открытие, имеющее прямое отношение к океану.

Однажды С. Н. Виноградский увидел в клетках бактерий кристаллики серы. Под микроскопом про – сматривались нити больших серных бактерий с вкрапленными в них частичками серы. Бактерии хорошо росли при полном отсутствии органических веществ, но нуждались в сероводороде. Частички серы в телах бактерий быстро исчезали, когда в сосуде кончался сероводород. Поэтому Виноградский периодически подкармливал их сероводородной водой из источника в местном парке.

«Для чего им столько серы?!» – удивленно воскликнул де Бари, познакомившись с неожиданным наблюдением. Вопрос этот долго волновал сотрудников лаборатории. Виноградский предположил, что сера играет роль запасного вещества, т. е. пищи. Как крахмал у других, обычных бактерий. Дальнейшие опыты показали, что он прав. Много часов просиживал он за микроскопом, наблюдая процессы обмена в этих удивительных микробах. Результаты своих наблюдений С. Н. Виноградский сформулировал как хемоавтотрофный рост микробов, основанный на окислении ими сероводорода до элементарной серы с последующим образованием органического вещества за счет углерода из углекислоты. Углекислота поглощается из воды. Термин «хемоавтотрофный» означает, что бактериям не требуется никаких других источников органического углерода. Это было открытие.

Серные бактерии обладают способностью использовать энергию, освобождающуюся при окислении сероводорода, для создания органического вещества из углекислоты и водорода. Давно было известно, что при сгорании сероводорода в кислороде выделяется довольно много энергии. Вопрос об использовании сероводорода в качестве топлива периодически обсуждается на страницах печати и в наше время. Но в серных бактериях процесс окисления сероводорода происходит, разумеется, без пламени, а выделяющаяся энергия расходуется на разложение углекислоты и образование органического вещества. В этом заключается уникальная способность серобактерий, открытая молодым русским ученым.

В 1887 г. Виноградский опубликовал научную работу, где написал: «Органическое вещество на земном шаре образуется при жизнедеятельности живых существ не только в процессе фотосинтеза, но и в процессе хемосинтеза…»

Это удивительное открытие принесло заслуженную славу его автору, который был избран членом‑корреспондентом Петербургской Академии наук, а с 1923 г. он почетный член АН СССР. С. Н. Виноградский также состоял членом Французской академии наук, Шведской сельскохозяйственной и Туринской академий, Лондонского Королевского общества. Работы С. Н. Виноградского получили широкую известность, он считается основателем современной микробиологии.

Серные бактерии – аэробы. Для своей жизнедеятельности они нуждаются в кислороде. Окисление сероводорода ими идет по уравнению:

2H₂S + 0₂ = 2S + 2H₂0 + ΔG, где ΔG – энергия, выделяющаяся при этом процессе. Это – экзотермическая реакция.

Может показаться странным, что в результате окислительной реакции образуется элементарная сера. Но вспомним школьное правило: окислитель – грабитель! Именно это и происходит – у отрицательно заряженного иона серы, входящего в молекулу сероводорода, отнимаются электроны. В результате получаются нейтральные атомы элементной серы; поэтому речь действительно идет об окислении. Уравнение химической реакции объясняет причину появления частичек серы в клетках серобактерий, но не описывает механизма создания органического вещества. Образование серы – лишь один из этапов в сложной цепи биохимических реакций, происходящих в этих бактериях. Они очень сложны. В упрощенной форме их можно схематически описать уравнением

4H₂S + 0₂+ C0₂ = CH₂0 + 4S + 3H₂0,

где CH₂0 – простейшее органическое соединение углерода. Это – формальдегид. Его водный раствор известен под названием формалина. Формальдегид – важное сырье для изготовления пластических масс. Его изготавливают в больших количествах на химических заводах из угля и углекислоты.

Сероводорода и других сульфидных соединений в океанской воде в районах действия гидротерм сколько угодно. Поэтому с пищей для бактерий нет никаких проблем.

Сера – обязательный элемент живых организмов. По данным академика А. П. Виноградова, среднее содержание ее в организмах составляет только 0,05 %. Однако она играет большую роль в жизненных процессах.

В полях гидротерм на дне обнаружена целая группа хемосинтезирующих бактерий из нескольких видов. Они получили общее название – тионовых бактерий. Тионовые бактерии серу и ее соединения сделали своей пищей. Но обычно всем животным нужно не только питание, но и дыхание. Дышат они кислородом, как и мы с вами. Однако в экологических оазисах много и таких бактерий, которым кислород не нужен, – это анаэробы.

Открытие экологических оазисов на основе хемосинтеза в Тихом океане относится к числу самых удивительных открытий в Мировом океане за последнее десятилетие. Ученые не предполагали, что хемосинтез имеет такое большое значение и способен поддерживать жизнь больших экологических систем.

Тионовые бактерии могут питаться не только сероводородом, но и другими химическими соединениями. Кроме бактерий тионовой группы в экологических оазисах имеется много других микроорганизмов, которые питаются водородом, соединениями аммония, двуокисью азота и, возможно, даже ионами железа и марганца (см. табл. на с. 59).

Американский морской микробиолог Холгер Джаннаш относит сероокисляющих хемолитотрофных бактерий к числу наиболее распространенных в Мировом океане. В четырех первых строках таблицы представлены окисляемые ими сера и ее соединения. Среди сероокисляющих микроорганизмов в экологических оазисах найдены и те, с которыми работал С. Н. Виноградский. Больших бактерий Beggiato там местами так много, что они образуют у дна толстые белые слои. Подобные слои наблюдались, например, в районе Гуаймас. Там обнаружены гигантские бактерии этого вида размером до 100 мк. Но имеется и множество других.

В ходе осуществляемых этими и многочисленными другими морскими бактериями химических реакций выделяется много энергии, заменяющей в глубинах энергию лучей Солнца. В результате химического синтеза образуется органическое вещество.

Таблица интересна широким ассортиментом неорганических веществ, используемых бактериями для своего питания. Потребляя различные неорганические вещества, в изобилии имеющиеся в гидротермах, микроорганизмы производят многочисленные органические соединения, из которых строятся их тела. Ими питаются все животные экологических оазисов, сами не обладающие чудесным даром хи – мического синтеза. Некоторые из наиболее «находчивых» донных животных, как, например, черви вестиментиферы, культивируют хемосинтезирующих микробов в своих трубчатых жилищах. А чтобы бактериям жилось там лучше, периодическими сокращениями своих тел прокачивают порции свежей воды. Оригинальный микробиологический животноводческий комплекс в глубинах! Вместо коров – черви, а вместо травы – бактерии.

На дне вокруг гидротерм обнаружены в больших количествах отложения окислов марганца и железа. Предполагается, что они являются результатом жизнедеятельности особых бактерий. В этих отложениях были найдены большие бактерии, похожие на известную на суше цианобактерию. Реакции окисления железа и марганца приведены в восьмой и девятой строках таблицы. Возможно, что железо‑ и марганцово‑ окисляющие бактерии вносят свой вклад в хемосинтез. Однако, «кушают» ли они в действительности железо и марганец, экспериментально проверить пока не удалось из‑за больших трудностей культивирования их в лаборатории.

В микробиологии гидротерм очень много разных загадок.

Интерес представляют высокие цифры свободной энергии, выделяющейся при различных химических реакциях, используемых микроорганизмами. По количеству энергии, приходящейся на один моль окисляемого вещества, на первом месте стоит реакция окисления отрицательного иона тиосульфата S₂O₃^2‑. При этой реакции выделяется 936 кДж/моль. На первый взгляд эта большая цифра представляется заманчивой для использования в технике. Однако если пересчитать выделяемую в этом случае свободную энергию на единицу массы тиосульфата, то удельная теплота сгорания окажется всего 3500 ккал/кг.

Это значительно ниже количества выделения энергии на единицу массы при других реакциях, используемых бактериями.

Некоторые исследователи связывают размножение различных микробов на поверхности Земли с солнечной активностью. Они соотносят эпидемии и пандемии с количеством пятен на Солнце. Физический механизм этой связи пока не установлен, но сама она сомнений не вызывает и рассматривается как одно из положений космической биологии. Микробное население экологических оазисов океана представляет интересную возможность для дальнейшего исследования этого важного вопроса. В темную глубину океана, где находятся экологические оазисы, электромагнитные излучения Солнца не доходят. Оазисы надежно заэкранированы от них слоем соленой воды в 2500 м толщиной. Спрашивается: будет ли изменяться численность различных микробов там при колебаниях солнечной активности?

Недавно президент Академии наук СССР академик Г. И. Марчук отметил актуальность изучения солнечно – земных связей. Наблюдения за поведением микроорганизмов в экологических оазисах позволят подойти к исследованию этого вопроса с новой стороны. Этот вопрос впервые поднял известный советский ученый A. Л. Чижевский. Но он до сих пор мало исследован.

Подводная энергетика. На первом месте по величине удельной теплоты окисления в реакциях бактерий стоит водород. Его удельная теплотворная способность равна 28000 ккал на 1 кг (при 237 Мдж*моль^‑1). Водород – первый и самый теплотворный химический элемент из всей таблицы Менделеева. Не зря питание водородом освоили микроорганизмы. Водородоокисляющие бактерии успешно используют эту реакцию давным – давно, с тех пор, как появились в океане.

Содержание растворенного водорода в Мировом океане без учета его количества в водах гидротерм составляет в среднем всего около 10~⁶ мл/л океанской воды при нормальных условиях. Но объем вод Мирового океана очень велик – около 1,33•10¹⁸ м³, или 1,33•10²' л. Поэтому объем растворенного водорода определяется большой цифрой:

1,33•10²¹ л • 10^‑5 мл/л = 1,33•10¹⁶ мл = 1,33•10¹³ л.

Плотность водорода при нормальных условиях, т. е. при 0° и давлении 1 атм, равна 0,0899 г/л. Средняя плотность водорода, растворенного в воде Мирового океана, вычисляемая по формуле Менделеева – Клайперона, составляет 16,7 г/л (при расчете плотности среднее гидростатическое давление было принято равным 186 атм, а средняя температура вод Мирового океана равна 276,8°К).

Полная масса водорода, растворенного в водах Мирового океана, без вод гидротерм определяется произведением:

1,33•10¹³ л • 16,7 г/л = 22,2•10¹³ г = 22,2•10¹⁰ кг = 2,2•10⁸ т.

Значительно больше растворенного водорода содержится в гидротермах близ океанского дна. Концентрация водорода в гидротермах, по некоторым данным, достигает 3 мл/л, почти в 300 000 раз больше среднего содержания в водах Мирового океана. Примем, что объем воды всех гидротерм, вместе взятых, составляет 0,1 % от полного объема вод Мирового океана, т. е. 1,33•10¹⁸ л. При этом условии в гидротермах будет находиться водород в количестве:

1,33•10¹⁸ л • 3 мл/л = 4•10¹⁸ мл = 4•10¹⁵ л

Определить полную массу водорода, растворенного в гидротермах, труднее, так как точно пока неизвестна средняя их температура, так же как и среднее значение гидростатического давления. Поэтому условно примем, что средняя плотность водорода в гидротермах составляет те же 16,7 г/л. Тогда полная масса растворенного в них водорода составит:

4•10¹⁵ л • 16,7 г/л = 67•10¹⁵ г = 6,7•10¹³ кг = 6,7•10¹⁰ т, т. е. более 60 млрд. т

Это – громадная цифра. Она свидетельствует, что гидротермы – богатый источник водорода, который к тому же непрерывно пополняется. Вместе со струями гидротерм в океан непрерывно поступают новые порции растворенного водорода. Это – практически неиссякаемый источник отличного топлива. Необходимо научиться извлекать его оттуда на пользу народного хозяйства.

Подсчет имеет весьма приближенный характер. Сегодня еще нет точных данных о полном объеме гидротермальных вод в Мировом океане, их средней температуре и средней концентрации водорода в них. Однако при любой возможной ошибке в подсчете (даже в 10 раз!) оказывается, что водород представляет собой мощный источник энергии.

Использование энергии растворенного водорода может быть очень полезно для различных целей. Например, для добычи ценных подводных руд, для их поиска в глубоководных районах океана, для повышения биологической продуктивности океана с помощью искусственного апвеллинга и многих других целей. В том числе для пополнения ограниченных запасов энергии на подводных обитаемых аппаратах (ПОА), применяемых для изучения наиболее глубоководных районов Мирового океана.

Одним из главных ограничений в радиусе действия ПОА является недостаточный запас энергии в электрических аккумуляторах ПОА. Извлекая растворенный водород из гидротерм на месте выполнения работ, ПОА смогут значительно увеличить свои энергетические ресурсы. И не только их.

Избыток энергии на борту ПОА позволит существенно улучшить автономность аппаратов по запасам кислорода и условиям обитания экипажа. Для решения всех этих вопросов необходима новая техника, достойная приближающегося XXI в.

Чтобы извлечь из океанской воды растворенный в ней газ, ее придется прокачивать через деаэратор. Так называется особый прибор для извлечения растворенных газов из воды. Впервые с необходимостью создания такого прибора столкнулся французский ученый Жорж Клод в своих экспериментах над теплоэнергетической установкой открытого цикла. Это было в первой трети заканчивающегося столетия. Тогда ему не удалось решить эту задачу.

В последние годы в этом направлении работают американские ученые в связи с разработкой той же открытой системы преобразования тепловой энергии океана. В их задачу входит удаление из воды всех растворенных газов. В нашем случае задача осложняется тем, что требуется освоить выделение из воды водорода и отдельно от него кислорода. Последний необходим для сжигания топлива и дыхания экипажа.

Кислорода в водах Мирового океана растворено в среднем значительно больше, чем водорода. Но есть еще и другие газы, в том числе много углекислоты. Чтобы смогла успешно развиваться подводная энергетика, необходимо создать такие деаэраторы, которые обеспечат раздельное выделение различных газов из воды.

Человечество еще только подходит к широкому применению водорода на Земле. Бактерии нас явно опередили. Многие ученые считают: водород – топливо будущего. Для такого суждения имеются достаточно веские основания.

Кроме высокой энергоемкости, т. е. высокой теплотворной способности, применение водорода в качестве топлива обеспечивает экологическую чистоту окружающей среды. В цилиндрах двигателей внутреннего сгорания, работающих на водороде, процесс горения идет по тому же уравнению, что и в теле бактерии. Поэтому вместо ядовитых выхлопных газов образуются пары воды, не загрязняющие атмосферу.

Сообщалось, что из‑за высокой температуры вспышки в цилиндрах водородных двигателей внутреннего сгорания все‑таки образуются еще некоторые побочные вещества типа окислов азота. Но они практически не образуются при работе на водороде двигателей внешнего сгорания. Речь идет о двигателе Стирлинга.

Он был изобретен шотландцем Робертом Стирлингом в 1816 г. Но широкого распространения не получил из‑за низкого коэффициента полезного действия (кпд) – всего около 3 %. В наше время этот двигатель переживает свое второе рождение. Его кпд доведен теперь до 40–42 %, как у лучших дизельных двигателей. Благодаря исключительной простоте своего устройства двигатели Стирлинга могут длительно работать без технического обслуживания. Несколько лет работы без профилактики и ремонта. Это очень важное качество, особенно в морском деле.

Мальчишкой, задолго до начала Великой Отечественной войны, я часто ходил в магазин «Природа» на Кузнецком мосту в Москве. Там качал воздух в многочисленные аквариумы странный двигатель. Стоя на прилавке, он работал в течение многих лет. Непрерывно, бесшумно крутились два маховичка, вращая насос. А в действие его приводил огонек маленькой спиртовки или керосинки, которая ставилась внизу, под двигателем. Спустя много времени, уже после окончания войны, я узнал, что это был двигатель Стирлинга. Но после войны двигателя в магазине не стало. Журнал «Изобретатель и рационализатор» несколько лет назад сообщил о разработке подобного двигателя мощностью в 1 кВт на заводе‑ВТУЗе им. И. А. Лихачева.

В двигателях внешнего сгорания нет клапанов, нет толкателей, нет распределительных валов. Словом, нет никаких деталей механизма распределения. Нет и устройств для впрыска топлива, т. е. форсунок, насосов и деталей их привода. Нет системы зажигания. Двигатель работает плавно и бесшумно, без толчков и вибраций. Топливо сгорает почти полностью. Содержание вредных веществ в отходящих газах не выше, чем у хорошо отрегулированной кухонной газовой плиты. Можно обойтись и вообще без топлива, если применить для нагрева цилиндра солнечное тепло или горячие струи гидротерм.

Этот удивительный двигатель может работать в космосе и под водой. Последнее свойство особенно важно в нашем случае. Сообщения говорят о том, что подводная лодка с двигателем Стирлинга не нуждается ни в электрических аккумуляторах, ни в атомных реакторах.

Работу двигателя в погруженном состоянии предлагается обеспечить сжиганием метанола или дизельного топлива в искусственной атмосфере из отработанного газа с добавкой 20 % кислорода. Как сообщается, в этом случае происходит почти полное преобразование топлива в водяной пар и двуокись углерода. При охлаждении смесь газов конденсируется в насыщенную углекислотой воду и в сильно разбавленном состоянии может откачиваться в морскую воду без образования пузырей.

Еще одна важная особенность двигателя Стирлинга – он легко переводится в режим компрессора‑холодильника. Именно в таком режиме его часто применяют на искусственных спутниках Земли для охлаждения приемников инфракрасного излучения. Приемники эти хорошо работают лишь при температурах, близких к абсолютному нулю.

При исследованиях с помощью ПОА глубинных полей гидротерм наличие на борту достаточно мощного холодильника также будет весьма полезно для экипажа. Иллюминаторы ПОА из пластмасс являются одним из наиболее легкоуязвимых элементов конструкции. Но их можно заменить на иллюминаторы из кварцевого стекла. Оно не боится повышенного нагрева и гораздо прочнее. А для обеспечения безопасности экипажа от перегрева при работе в районе горячих гидротерм необходим достаточно мощный кондиционер, способный хотя бы временно задержать чрезмерный нагрев кабины с экипажем. Машина Стирлинга подходит для решения этой задачи.

Двигатель Стирлинга должен получить заслуженное место в современном мире, озабоченном восстановлением чистоты окружающей среды. Широкое внедрение водородной технологии связано с успешным решением многих вопросов. К числу их относится не только нахождение наиболее дешевых способов получения водорода, но также и разработка наиболее удобных способов его транспортировки и хранения в баках различных передвижных средств, к числу которых относятся не только ПОА, но также и многочисленные другие, например автомобили. Здесь имеется широкий круг интересных вопросов.

Свет от воды. Исследование Ю. А. Бабошина, С. Л. Лопатникова и Н. И. Попова убедительно показывает, что животные абиссальных глубин имеют возможность видеть. В самых глубоких районах океана нет абсолютного мрака. Там всегда имеется некоторая освещенность. Но не от Солнца, а от… воды. Свечение воды позволяет животным получать зрительную информацию об окружающем их мире. Возможно, это обстоятельство является одним из условий богатства жизни в экологических оазисах.

В океане всегда происходит свечение воды благодаря излучению света электронами, образующимися за счет распада радиоактивных элементов, в первую очередь радиоактивного изотопа калия‑40.

Если электрон движется со скоростью выше скорости света в воде, он генерирует свет. Это явление называется эффектом Вавилова – Черенкова. Советские ученые открыли его экспериментально в 1934 г. Как недавно выяснилось, теоретически этот эффект задолго предвидел английский физик и математик О. Хевисайд.

В 1888 г. Хевисайд предсказал световое излучение при движении зарядов в диэлектриках со сверхсветовой скоростью. Но эта работа не была замечена его современниками. Ее нашли совсем недавно, когда разбирали его научное наследие.

Интенсивность свечения воды в Мировом океане по всей глубине неодинакова. Ее изменения определяются не только статистическими неравномерностями радиоактивного распада. Неодинаковость свечения различных слоев вызвана особенностями распределения радиоактивных излучателей в толще воды. В метровом слое воды, прилегающем непосредственно к океанскому дну, свечение выше за счет гамма‑излучения минералов дна. Гамма – излучение вызывает образование электронов, способных эффективно генерировать черенковские фотоны.

В водах гидротерм наблюдается также некоторое увеличение количества черенковских фотонов, что объясняется увеличением содержания в них радиоактивных элементов. Однако явление это не приводит к существенному увеличению освещенности из‑за повышенной мутности вод. Мутность вызывает повышенное поглощение черенковского света.

Средняя интенсивность черенковского свечения в Мировом океане находится в пределах 10^‑11 – 10^‑12 Вт/м². Это очень слабая освещенность. Она примерно на четыре порядка меньше освещенности поверхности океана в темную, безлунную ночь, когда небо закрыто тучами.

Столь слабую освещенность удобнее характеризовать числом квантов, т. е. фотонов, падающих на единичную площадку в единицу времени. Средняя облученность толщи океанской воды составляет примерно 1 тыс. фотон/см²с и может достигать 3 тыс. фотон/см²•с. Последняя цифра относится к идеально прозрачной воде океана с показателем поглощения порядка 0,01 (1/м). Подобная облученность создается равномерно распределенными в толще воды океана радионуклидами, т. е. источниками черенковского света, ежесекундно создающими в каждом литре морской воды примерно 325 фотонов.

Цифры свидетельствуют, что в глубинах океана не так уж темно, как считалось совсем недавно. Там всегда имеется некоторая освещенность, или, лучше сказать, облученность, позволяющая животным видеть друг друга.

Источник света интенсивностью в несколько десятков световых квант в секунду может видеть человеческий глаз. Это доказал академик С. И. Вавилов в 1934 г., когда он со своим сотрудником увидел такой источник после длительной адаптации.

Глаза глубоководных животных (рыб) гораздо лучше человеческих приспособлены к видению при столь низких освещенностях. Природный фотодетектор – глаз глубоководного животного по своим возможностям далеко превосходит приборы, созданные человеком. Поэтому нам трудно даже представить тот сильнейший шок, который неизбежно возникает у абиссального населения океана, когда исследователи ведут наблюдения с помощью подводных телевизионных установок, применяя мощную подсветку.

Отсюда вытекает актуальность разработки новых, более чувствительных систем подводного телевидения.

Авторами составлены графики, показывающие глубины, начиная с которых черенковское свечение морской воды преобладает над солнечным светом. Эта глубина зависит от длины волны солнечного света и от прозрачности вод Мирового океана.

Интересно, что для вод I типа (наиболее прозрачных) преобладание черенковской освещенности для световых волн длиной около 450 нм начинается на глубинах немногим более 1 тыс. м; для вод III типа (наиболее мутных) – с глубин меньше 200 м. Особенно значительное преобладание черенковского света наблюдается для ультрафиолетовых лучей с длиной волны 300 нм. Для III типа вод оно имеет место уже с глубины всего 30 м. Таким образом, ультрафиолетовая компонента подводного света оказывается практически полностью обусловленной черенковскими источниками.

Зрение – мощный биологический фактор. Установление возможности пользования зрением для живых существ на больших глубинах представляет научный интерес. Должно пройти еще какое‑то время для полного осознания и понимания этого неожиданного вывода.

Сетчатка глаз некоторых глубоководных рыб по старым данным как будто состоит только из одних палочек. Но они обеспечивают только сумеречное зрение, не позволяющее различать цвета. Для цветного зрения в глазах глубоководных животных должны быть колбочки. Обнаружение их объяснит пользу цветной окраски.

Глубоководные животные океана могут получать визуальную информацию благодаря эффекту Вавилова – Черенкова с помощью своих зрительных органов, обладающих высокой светосилой и отличающихся высокой чувствительностью.