Тысяча Хиросим «черных курильщиков»: как подводные вулканы влияют на жизнь человечества
На глубине более двух километров сотни гейзеров извергают воду температурой до 400 градусов. Что за жизнь существует в их окрестностях?
Под водами океана дремлют силы сокрушительной мощности. Они способны в одночасье воздвигнуть над поверхностью моря новый остров или потрясти мир жуткой катастрофой с тысячами жертв. Однако подводный вулканизм не только представляет опасность — он же сыграл выдающуюся роль в зарождении и развитии жизни на нашей планете. Здесь есть о чем поговорить, ибо мир скрывающихся под волнами вулканов и гидротермальных источников полон манящих секретов. Например, именно там, в местах расположения «черных курильщиков», мы можем получить представление о том, как жизнь может существовать на других планетах. Об этом — в материале Владимира Веретенникова.
Стародавняя литературная загадка
Рассказ о подводных вулканах нужно начать с двух загадок, которые подбросили нам литературные бестселлеры позапрошлого века. Написанный в 1873 году «Таинственный остров» — самая знаменитая из робинзонад, вышедших из-под пера Жюля Верна. Придуманный великим фантазером остров Линкольна находился в Тихом океане — в месте с четко обозначенными координатами: 150° 30′ западной долготы, 34° 57′ южной широты. А неподалеку от него, в координатах 151°13′ з. д. и 37° 11′ ю. ш., располагался, если верить Жюлю Верну, не менее знаменитый остров Табор (он же риф Мария-Тереза), где влачили свои дни сначала капитан Гарри Грант со своими двумя матросами, а потом и его боцман Том Айртон — персонажи романа «Дети капитана Гранта» (1865).
На остров Линкольна в 1865 году попали пятеро американцев, участвовавших на стороне Севера в Гражданской войне и сбежавших из плена на воздушном шаре. Герои «Таинственного острова» создают образцово-показательную колонию. Они силой своего ума, мужества и дружбы последовательно преодолевают все препятствия и даже побеждают хорошо вооруженную шайку пиратов. Они же отправляются на остров Табор и выручают Айртона, высаженного туда в качестве наказания за совершенные им преступления и коротавшего годы в одиночестве.
Но до поры отважные колонисты даже не подозревают, что строят свое благополучие в буквальном смысле слова на вулкане, который в любой момент может ожить… В соответствии с законами приключенческого жанра это в конце концов и происходит: пробуждается находящаяся на острове вулканическая гора Франклина, заливая окрестности раскаленной лавой, сжигая все результаты трудов Сайреса Смита и его друзей. Впервые колонисты оказываются абсолютно бессильны перед разбушевавшимися силами природы — и могут лишь в отчаянии наблюдать за постепенной гибелью своего плодородного острова.
В конце концов холодная морская вода проникает в магматический очаг вулкана — и остров Линкольна буквально взлетает на воздух. От него остается лишь небольшой риф в океане, на котором находят убежище колонисты. Буквально в последнюю минуту их, голодающих и отчаявшихся, снимает с этого рифа яхта «Дункан», владельцы которой, спасители капитана Гранта, узнают о робинзонах острова Линкольн благодаря доброте капитана Немо…
Эти два романа, «Таинственный остров» и «Дети капитана Гранта», входят в список главных книг моего детства. Причем меня очень занимал вопрос: насколько реалистично описание природной катастрофы в финале «Таинственного острова»? Ученый Константин Ранкс отмечает, что в данном случае Жюль Верн рассказал о том, что вполне могло иметь место в реальности:
«Через десять лет после публикации этого романа в Индонезии взорвался вулкан Кракатау — буквально вдребезги разнеся остров, на котором он находился, и вызвав цунами, уничтожившее сто шестьдесят пять населенных пунктов, повлекшее гибель тридцати шести с лишним тысяч человек. Или вспомним извержение исландского вулкана Эйяфьядлайекюдль в 2010 году — тогда вулкан начал извергаться под ледником. Талая вода хлынула на раскаленную лаву, из-за чего произошел мощнейший взрыв пара. Для того чтобы вулкан взорвался, должны создаться определенные условия — взрыв происходит в том случае, если в камеру с раскаленной магмой проникают массы холодной воды. Именно это могло произойти с горой Франклина на острове Линкольна…».
С островами Линкольна и Табор связана одна любопытная коллизия. Если первый из них с самого начала был плодом писательского воображения, то второй долгое время считался реально существующим. Его якобы заметил с борта своего корабля «Мария-Тереза» 16 ноября 1843 года капитан Асаф П. Табер (или Табор), китобой из американского штата Массачусетс. Новый островок поместили на географические карты — чем и воспользовался Жюль Верн, искавший для своего Гарри Гранта какой-то клочок суши, максимально удаленный от любых континентов. И действительно, этот уголок океана был крайне малопосещаем — таким он остался и после публикации «Детей капитана Гранта» и «Таинственного острова».
В течение долгих десятилетий никто не хотел побывать на острове, прославленном двумя знаменитыми романами. Лишь в 1957 году туда отправили экспедицию, которая в итоге не обнаружила… ровным счетом ни-че-го!
Островок-невидимка
Но, может быть, Табер ошибся с точным местонахождением открытого им острова? Риф Мария-Тереза искали и в 1970-х — новозеландское океанографическое судно «Туи» провело обширные поиски на данном участке океана, но снова безуспешно. Кстати, почти в тех же самых координатах, что были указаны Жюлем Верном как местоположение остатков острова Линкольна, команда французского корабля «Эрнест Легуве» увидела в 1902 году риф, получивший это же название. Наверняка данное известие должно было обрадовать поклонников еще живого Жюля Верна: выходит, остров Линкольна не такой уж и вымышленный! Кстати, а вот еще одно интригующее пересечение: прозаик и драматург Эрнест Легуве, в честь которого был назван корабль, а затем и риф, был знаком с Жюлем Верном и даже с ним приятельствовал! Впору заговорить о мистике писательского таланта, способного материализовывать фантомы… Однако поиски рифа Эрнест-Легуве, предпринятые в 1982 и 1983 годах, результата не дали — хотя он значится в издании французского Национального географического атласа мира 2015 года.
Как же объяснить эти загадки? Константин Ранкс полагает, что за рифы Мария-Тереза и Эрнест-Легуве мореходы могли принять плавучие острова из пемзы, извергнутой подводными вулканами.
Подобный феномен имел место, в частности, в 2012 году, когда в Тихом океане у берегов Новой Зеландии был обнаружен «плот» из пемзы размером 480 км в длину и 50 км в ширину. При этом, как сообщалось, блоки пемзы выступали над поверхностью океана на два фута, то есть примерно на 60 сантиметров.
Пемза, обычно состоящая из кремнезема, образуется во время извержений вулканов лавой, сильно насыщенной газами. Поэтому она вспучивается при застывании, создавая ноздреватую и очень легкую горную породу, пористость которой достигает иногда 80%. Плотность пемзы зависит от толщины твердого материала между пустотами, образовавшимися при дегазации.
«По сути, пемза — это вспененное вулканическое стекло. В момент извержения растворенные в магме газы превращаются в пузырьки, но не успевают покинуть ее, так как магма стремительно застывает, образуя сверхпористое вещество, прекрасно плавающее на поверхности воды», — поясняет Ранкс.
При извержении поток образующейся пемзы вырастает над подводным вулканом в виде гигантского дерева. Издалека на краю такого плавучего острова можно увидеть буруны волн — как у настоящего рифа. Потом этот остров отрывается от своего прародителя и отправляется в свободное плавание. Но этот «риф» не представляет собой единое целое, он постоянно разламывается на всё более мелкие куски: пемза — материал хрупкий. Затем волны и ветер разносят поля плавающей пемзы в разные стороны, часть достигает берегов суши, часть тонет. Такие острова могут встречаться в тех регионах океанов и морей, где присутствует активный подводный вулканизм.
«Существенно, что после извержений часть пемзы способна плавать в морской воде годами — особенно если ей повезет добраться до тех особых уголков Мирового океана, где, захваченная водоворотом течений, она окажется в уютной и тихой „гавани“, потихоньку обрастая водорослями и живностью. Такие „гавани“ есть в Атлантике: это Саргассово море — помните роман Александра Беляева „Остров погибших кораблей“? А в Тихом океане таких ловушек целых две: одна в Южном полушарии, другая — в Северном. В Северном полушарии в этом водовороте образовалась грандиозная всепланетная свалка толщиной более тридцати метров и по площади вдвое больше, чем штат Техас. Там тоже прячутся достаточно крупные обломки пемзы, но их практически невозможно разглядеть в невообразимой массе мусора. Об этом „чуде природы“ заговорили сравнительно недавно», — отмечает специалист.
Если принять во внимание всё вышеизложенное, то нет ничего удивительного в том, что раньше такие «плоты» из пемзы мореплаватели издали принимали за настоящую сушу и наносили на карты. Приблизиться к рифам и разобраться, что там находится на самом деле, они не рисковали. Кстати, Ранкс не исключает, что именно пемзовые острова были тем субстратом, который развозил жизнь по планете.
«На пемзе прекрасно растут водоросли, на ее глыбах могут отдыхать птицы. Пемзовые острова — это то, что нужно, чтобы переместиться на большое расстояние со всеми удобствами», — говорит Константин Артурович.
Кстати, он советует поинтересоваться: а сколько сейчас пемза стоит на рынке? Ведь это не только распространенное средство ухода за телом, но и чудесный теплозвукоизоляционный наполнитель для легких бетонов — очень востребованный.
«Я как-то нашел ценник на пемзу строительного качества по $150 за тонну. Если слой пемзы возвышается над водой на два фута минимум, то можно предположить слой толщиной около двух метров. 26 000 км² — это 26 млрд м², то есть около 50 млрд м³, или порядка 35–40 млрд тонн. Выходит, этот остров может стоить около $5 трлн. Вот где деньги — буквально на волнах болтаются», — шутит ученый.
Там, где Вулкан соперничает с Нептуном
К слову, хотя подводные извержения часто остаются незамеченными, есть мнение, что под толщей воды в океане скрывается более одного миллиона вулканов. По прикидкам геологов, 75% всей выделяемой из земной поверхности лавы являются результатом деятельности именно подводных вулканов. Вулканическая деятельность с течением времени стихает очень медленно — и совершенно нельзя пока сказать, что наша планета превратилась в догорающий уголек. Вулканы извергались все 4,5 млрд лет ее существования — и будут извергаться еще в течение миллиардов лет.
А о том, что вулканизм по-прежнему активно влияет на географическую карту, свидетельствует происшествие, имевшее место в августе 2023 года. Тогда исследователи наткнулись у юго-западного побережья Сицилии на три ранее неизвестных вулканических конуса высотой 150 метров.
Находка не сказать чтобы очень неожиданная — подводные вулканы находили в этом районе и в 2019 году. По словам сотрудника итальянского Национального института океанографии и экспериментальной геофизики Дарио Сивиле, хотя история средиземноморского судоходства насчитывает тысячелетия, нам всё еще крайне мало известно о том, что скрывается здесь под толщей воды. А ведь речь идет не о Тихом океане, в котором можно утопить все материки, а о море, наиболее освоенном человечеством!
Но где именно можно найти наибольшее количество подводных вулканов? Есть ли какие-то закономерности в их расположении? Константин Ранкс отвечает, что да, есть.
«Если бы мы вдруг осушили все моря и океаны, то узрели бы на дне грандиознейшие горные цепи, намного превосходящие самые высокие из хребтов, находящихся на суше. Мы бы увидели срединные океанические хребты, где происходит непрерывное выделение лавы. Лава, в свою очередь, двигает океаническое дно, подобно эскалатору, меняя его ландшафт. Например, колоссальные горные барьеры воздвиглись в Атлантическом океане — с самого его севера до самого юга. Такие же монструозные хребты раскинулись на дне и Индийского, и Тихого океанов. Некоторые из подводных гор настолько высоки, что их вершины в качестве островов возвышаются над океанской поверхностью. Так, вулкан Мауна-Кеа на Гавайских островах можно назвать самой высокой горой в мире — если считать его высоту не от уровня моря, а от океанского дна, то она составит более десяти километров», — поясняет геолог.
Для того чтобы вулкан вышел на поверхность, необходимо, чтобы он выбросил огромное количество лавы, являющейся строительным материалом для нового острова. Также требуется, чтобы в этом месте моря или океана отсутствовали мощные течения, и важен состав самой лавы. Лава, которая образует пемзу, нового острова сложить не сможет и вскоре будет разнесена водой, растворится без следа — как, судя по всему, и произошло с островом Табор. Лава, состоящая из более тяжелых фракций, может выстроить нечто более долговечное.
«Срединные океанические хребты с их вулканической активностью безостановочно доставляют к поверхности материал из недр Земли. Однако подводные вулканы встречаются не только там, где находятся эти хребты. Также вулканы можно найти в местах, где один слой земной коры заходит под другой, — например, там, где океанское дно заходит под континентальную плиту. Скажем, тихоокеанское дно заходит и под азиатскую, и под североамериканскую плиты. И в этих местах происходит как бы переплавка, переработка того участка коры, что оказывается под другим: там, на глубине, обогащенные водой породы плавятся при более низкой температуре; образуется газонасыщенная магма, рвущаяся наверх. Вот так и образуются знаменитые вулканические дуги. Посмотрите — Тихий океан по периметру окружают гряды вулканов: в Японии, на Курильских и Алеутских островах, на архипелаге Тонга, в Новой Зеландии и т. д. И там повсеместно есть не только те вулканы, что сумели приподняться над водой, но и те, что остались под ее поверхностью».
Особого внимания, по словам ученого, заслуживают Гавайские острова, возникшие в результате вулканической деятельности и движения Тихоокеанской литосферной плиты. Гавайская гряда — хрестоматийный пример так называемой горячей точки. Данный термин предложил в 1963 году канадский геофизик Джон Тузо Вильсон. По итогам изучения этого архипелага он писал:
«Очаг, производящий в большом количестве магму под островом Гавайи, находится глубоко в мантии практически в фиксированном положении. При разрастании океанического дна кора над этим очагом двигалась на северо-запад, и вулканические острова, образовавшиеся в результате нагромождения изверженных пород, продолжили свое движение в этом направлении».
Соответственно, горячая точка — это место, где плюм (горячий поток магмы, двигающийся от основания мантии у ядра Земли вверх) вырывается на поверхность. «Плюм как бы прожигает тонкую земную кору в районе океанского дна и образует там вулканические горы», — поясняет Ранкс.
В эпицентре людских страстей
Давайте еще раз обратимся к творчеству Жюля Верна. Есть у него поздний роман «Удивительные приключения дядюшки Антифера», впервые опубликованный в 1894 году. Он не столь известен, как более ранние романы писателя, — но ничуть не уступает им по накалу драматизма. Главный герой, отставной моряк Пьер-Серван-Мало Антифер, становится одним из наследников турецкого богача Камильк-паши, спрятавшего свои сокровища на неизвестном острове. Он устраивает своим наследникам квест с поисками этого острова — герои посещают различные пункты Азии, Африки и Европы, напряжение нарастает, гонка приближается к концу, остается сделать еще один рывок, но…
Почти обезумевшего от жадности Антифера постигает обидная неудача — оказывается, Камильк-паша зарыл свои сокровища на островке Джулия (Фердинандея), который поднялся со дна Средиземного моря в июле 1831 года и опустился обратно в январе 1832 года в результате геологического катаклизма.
Ранкс подтверждает:
«Этот остров-фантом близ Сицилии за последние два века являлся миру четыре или пять раз. Он располагался в зоне активного вулканизма, известной как Флегрейские поля Сицилийского моря (итал. Campi Flegrei del Mar di Sicilia). Самое продолжительное время существования островка — как раз те несколько месяцев в 1831–1832 годах. Максимальная длина его береговой линии составляла 4800 м, а высота над уровнем моря — 63 метра. Как ни мало он просуществовал, а успел стать настоящим яблоком раздора между Королевством обеих Сицилий, Францией и Великобританией. Разные государства отправляли туда своих посланцев, а те придумывали острову самые различные имена: англичане назвали его Gram Volcano, итальянцы — Isola Ferdinandea, а французы — L’Isle Julia».
Подобные Джулии острова, сформированные из пемзы и вулканического слипшегося пепла (тефры), рождаются благодаря действию групп подводных вулканов.
«Образовавшийся на поверхности остров довольно быстро разрушается штормовыми волнами, но это не мешает установить на его рыхлых скалах флаг той или иной страны или даже специальные плиты, объявляющие эти земли на веки вечные собственностью какого-либо государства. Правда, богу Вулкану, равно как и Нептуну, все эти декларации по барабану: первый рождает, а второй уничтожает такие острова с завидной регулярностью», — саркастически отмечает Ранкс.
Он добавляет, что такая ситуация чревата межгосударственными конфликтами.
«Пока подводный вулкан находится под поверхностью воды, он никак не меняет границ территориальных вод и экономической зоны. А вот если он надстраивается и вылезает на поверхность — что тогда делать специалистам по морскому праву? Самое забавное, если он потом оторвется от субстрата и уплывет куда-нибудь с водруженным знаменем и пограничным столбом. Будет ли тогда государственная юрисдикция распространяться на воды вокруг него?» — иронически вопрошает геолог.
Эти силы природы могут представлять немалую опасность, что подтверждается примерами из недавнего прошлого. 15 января 2022 года произошло трехэтапное извержение вулкана Хунга-Тонга-Хунга-Хаапай, расположенного примерно в 65 километрах к северу от острова Тонгатапу (архипелаг Тонга). Вулкан возвышается приблизительно на два километра над океанским дном. Над поверхностью воды видны только края его кальдеры (кратера) — два необитаемых островка Хунга-Тонга и Хунга-Хаапай. Извержение, имевшее место в январе 2022-го, уже назвали самым мощным в XXI веке. Тогда столб пепла поднялся на высоту 58 километров, выше стратосферы, а волны порожденного извержением цунами достигли берегов Японии, Южной, Центральной и Северной Америки.
По оценкам исследователей, мощность последнего, третьего этапа извержения равнялась энергии, выделяемой при взрыве 15 мегатонн тринитротолуола, то есть примерно в тысячу раз превышала мощность атомной бомбы, сброшенной на Хиросиму.
Уже спустя минуту после этого выброса энергии волны высотой 85 метров (с 28-этажный дом) достигли северной оконечности кальдеры, а высота волн на ее южном конце составляла 65 метров. Через 20 минут волны высотой 45 метров (с 16-этажный дом) достигли побережья острова Тофуа, расположенного в 90 километрах к северу от вулкана. Высота волн у берега Тонгатапу составила 17 метров (примерно с пятиэтажку). Массовых жертв удалось избежать благодаря счастливой случайности — окружающие эти острова коралловые рифы выступили в роли «гасителей»…
Опасные и полезные
Однако Хунга-Тонга-Хунга-Хаапай трудно в полной мере назвать подводным вулканом, ибо две его «макушки» всё же торчат над водой. А опасны ли те вулканы, что находятся на серьезном расстоянии от поверхности? По словам Ранкса, это зависит от мощности вулкана и от глубины, на которой он располагается.
«Глубина может фактически „задавить“ этот вулкан — так что на поверхности и пузырей не появится. Но подводный вулкан может представлять опасность не только извержениями. Возьмем конкретный пример. В Тирренском море, примерно в ста пятидесяти километрах к юго-западу от Неаполя, есть Марсили — самый большой подводный вулкан в водах Европы. Он возвышается над морским дном на три тысячи метров, а его вершина находится на глубине четырехсот пятидесяти метров от морской поверхности. Вулканы, как правило, очень крутобокие — такими их формирует вырывающаяся из кратеров лава. А в случае наличия такой структуры всегда есть опасность оползня. И если в том районе произойдет землетрясение, достаточно мощное для того, чтобы спровоцировать оползень на склонах Марсили, то это может вызвать цунами. А цунами способно ворваться в бухту Неаполя и причинить городу существенный ущерб», — предупреждает геолог.
Он упоминает еще одного потенциально опасного подводного великана. В Эгейском море есть активный подводный вулкан Колумбо, находящийся неподалеку от небезызвестного Санторина, чей взрыв где-то между 1700–1600-ми годам до н. э. погубил минойскую цивилизацию на Крите. В 1650 году Колумбо тоже взорвался, хоть и с менее плачевными последствиями — тогда он забрал жизни свыше семидесяти человек.
«И да, он и сейчас представляет опасность — Колумбо „подпух“ в последнее время, и за ним внимательно следят. Он может либо взорваться, либо просто начать активную деятельность — и тогда на том месте появится новый остров. И опять же возможны оползни и цунами — а в случае Эгейского моря, переполненного густонаселенными островами, эффект будет крайне губительный», — полагает Константин Артурович.
Ранкс подчеркивает, что деятельность подводных вулканов до конца еще не изучена — и здесь остается множество загадок. Многие из таких объектов остаются «невидимками» — в силу того, что найти их чрезвычайно нелегко.
«Как обнаружить подводный вулкан? На глубине свыше двух тысяч метров давление становится столь большим, что вода уже не кипит — она становится так называемой сверхкритической жидкостью. Свойства вещества в сверхкритическом состоянии — промежуточные, между его свойствами в газовой и жидкой фазе. Нет пузырей, нет, соответственно, и шума от бурления — просто поднимается раскаленная вода», — говорит геолог.
Он, впрочем, поясняет, что мы должны не только опасаться этих совместных изделий Вулкана и Нептуна, но и испытывать по отношению к ним благодарность. Ведь подводные вулканы, как представляется профильным исследователям, имеют огромное значение для возникновения и циркуляции жизни в океане. Они выбрасывают, например, соединения железа и другие минеральные вещества, которые очень полезны для планктона, лежащего, как известно, в основании океанических пищевых цепочек.
Вулканы не только заставляют воду циркулировать, но и обогащают ее питательными веществами — и это происходит непрерывно. А это важно для всей жизни на Земле.
Другой существенный момент. Зададимся элементарным, казалось бы, вопросом: откуда берется кислород, которым мы дышим? Все мы с детства усвоили стереотип о лесах как «легких планеты». Однако мало кто знает, что основная масса пригодного для дыхания воздуха поступает к нам не с суши, а с океана. Собственно, откуда изначально мог взяться на Земле кислород, если наземные растения появились только 470 млн лет назад? На протяжении миллионов лет его вырабатывали крошечные одноклеточные водоросли и цианобактерии, составляющие значительную часть океанического фитопланктона. При этом большую роль сыграли подводные вулканы, которые, нагревая воду, тем самым способствовали ее циркуляции и максимальному распространению живительных водорослей. Таким образом, океаны медленно накопили в атмосфере такой объем кислорода, которого хватило для начала наземной экспансии живых организмов. Сегодня этот процесс продолжается — более половины кислорода на планете и сейчас поступает из океана.
Константин Ранкс добавляет, что подводных вулканов следует не только бояться — нужно думать о том, как полнее использовать их ресурсы. Ведь поступающая со дна моря горячая вода содержит много полезных веществ.
Гидротермальные оазисы
Разговор о взаимоотношении подводного вулканизма и живой клетки не может обойтись без рассказа о «черных курильщиках». Таково панибратское прозвище многочисленных действующих на дне океанов источников, локализованных на территориях срединно-океанических хребтов. Это своего рода подводные гейзеры, которые можно встретить там, где из недр Земли изливается горячая магма и возникают новые участки морского дна. Они довольно широко распространены, обычно расположены большими группами и вносят огромный вклад в химическое равновесие океанских вод.
«Геохимики подсчитали, что за 6–8 миллионов лет вся вода Мирового океана рано или поздно будет подвергнута геотермальному обогреву и обогащению ценными минеральными веществами. До сих пор полагали, что морская вода пополняется ими только за счет рек», — констатирует популяризатор науки Александр Волков.
Из этих подводных гейзеров в океаны поступает высокоминерализованная перегретая раскаленная вода под давлением до 250 атмосфер. Причем данный феномен, невзирая на его распространенность, стал известен относительно недавно. Впервые гидротермальные источники на дне океана были исследованы в 1977 году, во время погружения глубоководного обитаемого аппарата «Алвин» к востоку от Галапагосских островов. Это открытие было сделано экспедицией под руководством знаменитого океанолога Роберта Балларда, осуществленной при поддержке Национального управления океанических и атмосферных исследований США. «Черные курильщики» у Галапагосов, находящиеся на глубине более 2000 метров, извергают мощные потоки черной, дымчатой воды, температура которой достигает порой более 400 °C (750 °F) — она не закипает из-за высокого давления. Характерный цвет выделяемой ими жидкости связан с цветом содержащихся в ней химических соединений. Ну а поскольку соединения эти могут быть самыми разными, то, как легко догадаться, есть еще и «белые курильщики».
Почему «курильщики» представляют огромный интерес для науки? По какой причине биохимики испытывают при их изучении восторг и благоговение? Да потому, что вокруг «курильщиков» раскинулись так называемые гидротермальные оазисы, где плотность и биомасса живых организмов способны оказаться в 1000–10 000 раз больше, чем на других участках морского дна на той же глубине! Вздымаемые «черными курильщиками» потоки воды содержат большое количество сероводорода. Тот вступает в химическую реакцию с растворенными солями металлов и образует сульфиды черного цвета. Эти сульфиды образуют в местах выхода горячей воды трубки и конусы, которые могут достигать высоты в несколько десятков метров. И вот на этих желобах живут различные существа — от хемосинтезирующих (сероводородокисляющих) бактерий до крабов особой разновидности (Kiwa tyleri).
Характерная особенность этих крабов заключается в щетинообразных выростах, которые покрывают их лапки и клешни — густо, словно мехом (отчего их называют крабами-йети). Эти выросты служат пристанищем для эпсилон-протеобактерий (Epsilon Proteobacteria) и гамма-протеобактерий. Судя по всему, крабы «разводят» эти бактериальные «сады» с целью питания. Роль привычного нам фотосинтеза в гидротермальных оазисах выполняет хемосинтез. При нем органика синтезируется из того же углекислого газа, только вместо воды и в качестве источника энергии используется сероводород.
«Основу фантастических биомасс гидротермальных оазисов (до десятков килограммов животных на квадратный метр дна) составляют хемосинтезирующие бактерии, образующие новое органическое вещество (новую еду!) за счет окисления того химического букета, который выносит горячая вода», — поясняет кандидат биологических наук, океанолог Георгий Виноградов.
Особый повод для благоговейного восторга — жаростойкость этих организмов.
«Просто подумайте над этим: там живут крабы, которые прекраснейшим образом чувствуют себя — даже несмотря на то, что окружающая их вода представляет мало не кипяток! Представьте себе, поймали вы краба, швырнули в свой кипящий котелок — а он не только не сварился, но еще и пожрал то, что вы кинули туда в качестве гарнира… И никакой хищник туда не сунется — чересчур горячо! А краб там чувствует себя совершенно вольготно. Ладно бы микроб — но тут речь идет о достаточно высокоорганизованных существах! Для биолога жизнь, существующая в окрестностях „черных курильщиков“, — это огромная загадка и невероятный интерес. Почему в условиях высокой температуры белки не сворачиваются?» — спрашивает Константин Ранкс от имени всего научного сообщества.
Тайны жителей «черных курильщиков»
Действительно, невероятно, но факт — вблизи «черных курильщиков», где температура достигает +300–400° по Цельсию, где практически отсутствует кислород и куда не проникает солнечный свет, есть свои собственные экосистемы. Там вполне существует жизнь! Существует, хотя любой, кому доводилось хозяйничать на собственной кухне, прекрасно знает, что +100° более чем достаточно для того, чтобы свариться вкрутую. Раньше считалось, что выше +60° для белка уже гибельная температура, он денатурирует. Процесс денатурации мы всякий раз воочию наблюдаем, поджаривая яйцо на сковороде. Но живность, обитающая возле «черных курильщиков», — она что, состоит из какого-то другого белка? На это обратил внимание еще Баллард, с удивлением убедившийся, что в подводном мире имеются уголки, обитатели которых живут по своим собственным законам, казалось бы, пренебрегая законами физики.
«Пять часов времени пребывания на дне мы провели в состоянии, близком к помешательству», — писали позже Джек Корлисс и Джон Эдмонд, участники первых погружений к гидротермальным оазисам.
Экосистемы «черных курильщиков» вызывают у ученых особый интерес в связи с тем, что изначально жизнь могла зародиться именно в таких условиях: без кислорода, при экстремально высоких температурах. Были проведены эксперименты, когда в ходе химических реакций с участием угарного газа и синильной кислоты, при температурах и давлениях, типичных для «курильщиков», было зафиксировано образование аминокислот, являющихся, как известно, первичными единицами белков. Константин Ранкс рассуждает:
«Если посмотреть на экосистемы „черных курильщиков“, то рождается обоснованное предположение о том, что и где-то на других планетах существует и развивается белковая жизнь, для которой температура плюс сто-двести по Цельсию — всё равно что для нас плюс двадцать в нашей квартире. То есть тут может быть настоящее раздолье для тех, кто занимается ксенобиологией. Пока этот раздел науки, как известно, имеет в своем распоряжении лишь гипотезы и предположения — но „черные курильщики“ уже сейчас могут дать ксенобиологам немало материала для размышления».
Сейчас есть теория, в соответствии с которой жизнь на Земле зародилась именно около «черных курильщиков». Ее приверженцы указывают, что на заре времен на планете уже были хемосинтезирующие бактерии, большое количество химических соединений и перегретая (а следовательно, более активная) вода.
«Как и сегодня, струи очень горячей воды под давлением выбрасывали такие соединения, как сероводород, углекислый газ, метан, ионы аммония. Помимо них в воде было много и ионов металла (железо, никель и многие другие), которые в этой богатой среде могли играть роль катализаторов, а значит, ускорять реакции синтеза органических соединений из этого бульона. Сегодня это одна из многих теорий, но ей придает некую романтическую привлекательность тот факт, что, предположительно, на спутнике Юпитера Европе есть подобные „курильщики“, а следовательно, это значительно увеличивает шансы найти там жизнь», — пишет популяризатор науки sunely_tales.
Кстати, несколько лет назад были опубликованы результаты исследования двух гидротермальных оазисов, находящихся в антарктических широтах. Они отчасти могут объяснить загадку невероятной выживаемости крабов-йети.
«Выделения „черных курильщиков“ в оазисах Е2 и Е9 достигают температуры 350 °C. Однако они сразу соприкасаются с водой, температура которой около 0 °C. Это создает очень резкий перепад температур (равно как и, например, концентрации сероводорода) — поэтому даже совсем рядом с „курильщиком“ не так уж горячо. Максимальная отмеченная температура в сообществах крабов — только 24 °C», — отмечает биолог Алексей Опаев. Однако такой перепад температур свойственен лишь тем «курильщикам», которые находятся в холодных морях…
Экосистемы «черных курильщиков» поражают не только экстремальными температурными условиями, но и тем, что среда вокруг них перенасыщена тяжелыми металлами и радионуклидами.
Эти вещества подавляют жизнедеятельность почти всех живых существ и могут стать причиной раковых заболеваний — а вот обитатели гидротермального оазиса отрицательного влияния не ощущают. Кроме того, кислотность здешней среды чрезмерно высока — 2,2–2,8 рН, при такой большинство существ не выживает. Однако здешние животные каким-то невероятным образом приспособились к этим сверхжестким условиям, выработав какие-то таинственные механизмы защиты. А это уже приманка не только для ксенобиологов, но и для разработчиков лекарств. Ведь если жители «курильщиков» нашли какие-то эффективные методы самолечения, то почему бы им не поделиться с нами?