Города‑общежития в океане

Речь пойдет о городах, построенных из арагонита и кальцита – карбонатных минералов, которые способны выделять многие виды организмов, обитающих в океане. Одни используют растворенный в воде кальций для строительства раковин и иных скелетных образований, другие (колониальные формы) – для создания подводных городов, которые укрепляются и надстраиваются многими поколениями мельчайших существ. Эти существа – настоящие архитекторы. Следы их работы – мощные карбонатные комплексы своеобразной формы и строения – геологи находят во многих районах мира. Среди самых древних – докембрийские толщи строматолитовых известняков, опоясывающие краевые части платформ. Их сменили девонские и пермские рифовые массивы, цепочками протягивающиеся по краю Предуральского передового прогиба, в поясе Уачита (США) и во многих других районах. Это и триасовые карбонатные постройки в Предкавказье, на юге Франции, в Средней Азии.

Впрочем, временем настоящего «строительного бума» стал поздний мезозой. В тот период в периферийных частях раскрывавшейся Атлантики, а главным образом на южных окраинах океана Тетис, сформировались мощнейшие лагунные и рифовые комплексы. В настоящее время в них заключены гигантские запасы углеводородного сырья, пожалуй, крупнейшие в мире. Действительно, только в известняках рифового происхождения, развитых на современных пассивных окраинах материков, к настоящему времени разведано более 21 млрд т нефти и 5 трлн м³ газа. Всего же в карбонатных коллекторах этих окраин заключены громаднейшие ресурсы углеводородного сырья: более 49 млрд т нефти и 21 трлн м³ газа. Сюда, правда, входят и залежи в карбонатных образованиях кайнозойского возраста.

Почему же именно в древних рифовых массивах сосредоточились гигантские скопления углеводородов? Объясняется это их внутренним строением. Еще на стадии своего формирования риф представляет собой как бы многоквартирной дом, населенный полипами, каждый из которых занимает отдельную комнатку с окном на море. Это и дом и мастерская одновременно, скорее даже предприятие по очищению морской воды от мельчайших органических веществ и остатков. Полипы, фильтрующие воду, прогоняют за год через себя огромные ее количества. Вместе с тем в их маленьких тельцах, содержащих симбиотические микроорганизмы, протекает и фотосинтез. После отмирания одного поколения полипов их потомки выстраивают очередной этаж и фасад общего здания. Старые же «квартиры» как бы замуровываются, но в целом сохраняется сотообразная, высокопористая структура рифа. Правда, часть порового пространства заполняется вторичным карбонатом – кальцитом и доломитом, высадившимися из остаточной морской воды, запечатанной а порах.

Из‑за колебаний уровня океана риф в эпохи его падения подвергается выщелачиванию и эрозии. В теле рифа возникают крупные пустоты и каверны. Именно большое их количество делает погребенные рифы идеальными вместилищами для нефти и газа. Впрочем, заполнение рифового массива углеводородами происходит на большой глубине и только в том случае, если сверху он перекрыт так называемой покрышкой (флюидоупором), а снизу или сбоку подпитывается углеводородами, которые генерируются в соседних или пространственно отдаленных толщах нефтематеринских отложений.

Существуют, однако, еще более грандиозные сооружения – настоящие подводные мегаполисы, протянувшиеся на сотни и даже тысячи километров. Это мощные барьерные рифы. Изучение их позволяет воссоздать обстановки формирования аналогичных древних сооружений. Наиболее крупный барьерный риф находится в наши дни на Восточно‑Австралийском шельфе в Коралловом море. Он сформировался, по‑видимому, еще в плиоцене, а наиболее активно развивался в плейстоцене. Как показывают геофизические исследования, за 1–1,2 млн лет здесь выросли массивы высотой от 120 до 154 м. Создав могучий барьер на пути штормовых волн и океанских течений, они протянулись почти непрерывной цепочкой вдоль края шельфа почти на 1500 км. Вершины многих рифов лишь немного выступают над водой, обнажаясь во время отливов. За ними располагаются относительно мелкие участки дна. Они, как и лагуны на атоллах, окружены рифами не только со стороны океана, но и с тыльной стороны, где рифы поменьше и менее плотно заселены колониями кораллов.

Фронтальная часть рифа выражена примерно так же, как на атоллах. Гребни шпор, выступающих в океан на 50–70 м, заселены примитивными, но удивительно стойкими организмами, играющими особую роль в развитии кораллового рифа. Это известьвыделяющие красные водоросли – багрянки, которые концентрируются на участках наибольшей активности водной среды, т. е. принимают на себя основной удар штормовых волн и океанской зыби. Узнать их можно по красному цвету. Это плотные пленки на поверхности известняков, на 95% состоящие из CaCO₃ и лишь на 5% из живой ткани. Полоса красных камней видна на шпорах рифа в период отлива. Обломками коралловых известняков, сцементированных красноватыми выделениями багрянок, образован зачастую так называемый рампарт.

Если бронированные выделениями багрянок участки рифа находятся на направлении основного удара волн, то затишные зоны в глубине рифовой платформы заселены зелеными водорослями и травами (галофитами). Некоторые из них служат пищей для черепах и потому получили название «черепашья трава». Как пишет Ч. Шеппард [1987], подводные травяные луга постоянно подстригаются, как английские газоны, травоядными рыбой‑попугаем, рыбой‑хирургом, морскими ежами. Отсюда следует, что водоросли и травы – это важнейший компонент экосистемы кораллового рифа, необходимый как для собственного его роста, так и для существования многих его обитателей.

Среди водорослей особенно выдающуюся роль играют зооксантеллы – представители класса динофлагеллят, живущие в ткани самих полипов. Симбиоз этой водоросли с полипом чрезвычайно продуктивен: зооксантелла поглощает выделяемый кораллом углекислый газ, необходимый для фотосинтеза, полип же снабжается кислородом и углеводами, что позволяет ему гораздо быстрее наращивать известковый каркас рифа.

Каждый участок барьерного рифа по профилю от внешнего к тыловому его краю заселен различными сообществами организмов. Среди них присутствуют не только колониальные формы, но также фораминиферы, моллюски, мшанки, морские ежи и лилии, кокколитофориды, черви и другие группы организмов. По многообразию форм и количеству биомассы на единицу площади рифы не имеют себе равных в океане. Здесь утилизируются все органические остатки – идеальное сообщество, из которого не выводится ничего загрязняющего окружающую среду.

Риф не только самое разнообразное, но и самое продуктивное сообщество. Скорость формирования рифа с геологической точки зрения очень высока. В благоприятных условиях она составляет 1,5–2 м за 1000 лет, что достаточно много, если учесть, что фазы роста рифа чередуются с фазами преимущественной его эрозии при падении уровня Мирового океана.

Для развития рифов существует несколько серьезных ограничений. Кораллы способны эффективно наращивать риф только в теплых водах, с температурой не ниже 18° С, при которой скорость растворения CaCO₃ невелика. Полипы не живут в распресненных или мутных водах, поэтому перед устьями рек или вблизи приливно‑отливных равнин рифы отсутствуют. Наконец, колонии кораллов и других рифостроящих организмов живут у поверхности воды, поэтому в начальной фазе рост рифа возможен только на мелководье. Однако затем для успешного его развития необходимо постоянное погружение того участка дна, на котором он возник. Именно такие условия существуют на вулканических островах в океане после того, как вулканическая деятельность затухает, а сам остров медленно погружается в морские пучины. Рифостроящие организмы, наращивая вершину рифовой платформы, компенсируют это погружение. В результате за многие миллионы лет здесь формируется карбонатная шапка из рифовых известняков мощностью до 1000 м и более.

Иначе обстоят дела на современных континентальных окраинах, где рифы, особенно барьерные, распространены довольно слабо. Основным фактором, ограничивающим их рост при прочих благоприятных условиях, является стабильность многих участков дна, скорость прогибания которых не превышает 1–2 см за тысячу лет. На таких шельфах, а они характерны для многих «зрелых» пассивных окраин, не только не развиваются рифы, но и не накапливаются современные осадки. На огромных пространствах они покрыты так называемыми реликтовыми отложениями раннеголоценового или даже плейстоценового возраста. Почти весь поступающий на шельф материал сбрасывается в конечном итоге на континентальный склон и его подножие.

Именно поэтому крупные рифовые массивы на современных окраинах встречаются лишь на тех участках в низких широтах, которые испытывают устойчивое прогибание. Таковы, например, шельфы в областях недавнего рифтогенеза: в Красном море, Коралловом море, Аденском заливе. Иногда погружение зрелой окраины связано с давлением наползающей на нее островной дуги, как это имеет место на севере Австралии. Здесь на край Австралийского шельфа наползает пластина дуги моря Банда (остров Тимор и др.). Этот погружающийся участок шельфа изобилует коралловыми рифами. Благоприятные условия для роста последних складывались и в эпохи длительного и устойчивого подъема уровня океана – позднеюрскую и позднемеловую. В то время рифовые постройки получили исключительно широкое распространение на пассивных окраинах континентов.

Для активных окраин континентов крупные рифовые постройки вообще не характерны, во‑первых, из‑за большого количества терригенного материала, выносимого с гористых хребтов на суше, во‑вторых, в силу общей тенденции к воздыманию, которым захвачены прибрежные участки шельфа на многих из этих окраин.

Однако на остаточных хребтах, в тылу островной вулканической дуги, в сложнопостроенных зонах перехода от континента к океану рифы и атоллы развиваются весьма активно. В целом же на этих окраинах в мезозое и кайнозое коралловые постройки не играли сколько‑нибудь существенной роли. Об этом, в частности, свидетельствуют открытые в карбонатных коллекторах незначительные запасы углеводородов. Они составляют всего 6% ресурсов активных окраин. На пассивных окраинах та же доля достигает 56%.

Помимо рифов, известны и другие крупные карбонатные постройки, образование которых связано с жизнедеятельностью одних из самых примитивных и древних микроорганизмов – цианобактерий, или синезеленых водорослей. Они формируют колоннообразные, постройки в глубине отшнурованных от океана лагун и глубоко врезанных в сушу заливов. Как и сотни миллионов лет назад, цианобактерии слой за слоем наращивают эти удивительные сооружения. Условия для их строительной деятельности сохранились в заливе Шарк в Западной Австралии и в лагунах Мормона и Льебре на Тихоокеанском побережье Нижней Калифорнии (Мексика).