Вы помните бабочку из рассказа Рея Бредбери "И грянул гром" - бабочку, изменившую ход истории? Американский фантаст ничего не преувеличил. Биосфера - тонко сбалансированная система. И "маленькое изящное создание, способное нарушить равновесие", рожденное фантазией Бредбери, и "толстое тело коровы" из стихов Заболоцкого находят свое место "на карте живущих всего мира". Живи, живое…
Глава третья. Сгущения и пленки жизни
Все живое представляет неразрывное целое, закономерно связанное не только между собою, но и с окружающей косной средой биосферы.
В. И. Вернадский. 1926
Из жизненного опыта нам хорошо известно, что жизнь размещена в биосфере очень неравномерно, и площади, густо населенные живыми организмами, чередуются с пустынными пространствами. Такая неравномерность распределения живого вещества наблюдается в биосфере повсеместно - на суше и на море, на земле и под землей.
В. И. Вернадский выделял две формы концентраций жизни: жизненные пленки, прослеживаемые на огромных площадях (например, планктонная пленка жизни, покрывающая всю верхнюю часть водной толщи океана), и сгущения жизни, имеющие более локальное распространение (например, сгущения стоячих водоемов). Мощность концентраций жизни обычно измеряется единицами или десятками, значительно реже - одной-двумя сотнями метров, т. е. по отношению к биосфере в целом - ничтожными величинами. Остальная часть биосферы представляет собой зону разрежения живого вещества.
Пленки и сгущения жизни являются областями наибольшей биогенной миграции атомов и трансформации энергии в биосфере. Развивая идеи Вернадского, А. И. Перельман отметил, что вся биосфера по вертикали отчетливо разделяется на две зоны: верхнюю, в которой происходит фотосинтез, и нижнюю, где фотосинтетические реакции невозможны. Он предложил верхнюю зону называть "фитосферой", а нижнюю - "редусферой". Н. Б. Вассоевич, критикуя эти названия, предлагал соответственно для зон название "фотобиосфера" и "мелабиосфера" (от древнегреческого корня "мела(н)", темный). Однако термин "мелабиосфера" также не является вполне удачным, поскольку он лишь одной буквой отличается от других терминов Н. Б. Вассоевича - "метабиосфера" и "мегабиосфера". Представляется поэтому, что нижнюю зону биосферы лучше называть не мелабиосферой, как предлагает Н. Б. Вассоевич, а меланобиосферой.
Граница между фотобиосферой и меланобиосферой на суше почти совпадает с дневной поверхностью: свет проникает в глубь почвы лишь на несколько миллиметров. В водной среде положение границы определяется прозрачностью воды. Толщина зоны фотосинтеза изменяется от нескольких сантиметров в быстротекущих реках, несущих значительное количество ила, до первой сотни метров (максимально до 180 м) на удаленных от суши участках океана. В соответствии с этим мощность фотобиосферы колеблется от нескольких миллиметров до первой сотни метров (на суше - вверх от дневной поверхности: вековые леса, в океане - вниз от поверхности моря: зона фотосинтеза). Мощность меланобиосферы на 1-2 порядка больше: в океанах - это вся водная толща ниже зоны фотобиосферы и заселенный слой донных осадков, на континентах - слой биосферы от дневной поверхности до нижней границы распространения активной бактериальной жизни.
Коренное отличие фотобиосферы от меланобиосферы состоит в структуре их живого вещества: в первом случае оно представлено фотоавтотрофами и гетеротрофами, во втором - фотоавтотрофы отсутствуют (однако в некоторых случаях их заменяют хемоавтотрофы). Впрочем, и среди гетеротрофов в меланобиосфере живут лишь виды, приспособившиеся к отсутствию света. Что касается человека, то он, расселяясь в пещерах, начал осваивать меланобиосферу много тысячелетий назад. Затем, переселившись в более уютную фотобиосферу, он начал углубляться в меланобиосферу своими рудниками. А сейчас многие из нас, пользуясь городским метрополитеном, ежедневно совершают "суточные миграции" в меланобиосферу.
Фотобиосферу и меланобиосферу можно разбить по вертикали и на более дробные зоны. Так, советский исследователь Юрий Петрович Бяллович ввел понятие биогеоценотического горизонта, или биогеогоризонта, определив его следующим образом: "Биогеоценотический горизонт есть вертикально обособленная и по вертикали далее нерасчленимая структурная часть биогеоценоза. Сверху донизу биогеоценотический горизонт однороден по составу биогеоценотических компонентов, по взаимосвязям их, по происходящим в нем превращениям вещества и энергии, и в этих же отношениях он отличается от соседних биогеоценотических горизонтов, служащих ему кровлей и постелью". Первопричиной деления биосферы на биогеогоризонты, по Бялловичу, является радиальное направление гравитации, солнечной радиации и земного излучения. В экосистемах всех рангов можно проследить не только эти элементарные, далее нерасчленимые, биогеогоризонты, но и слои более высоких рангов, которые целесообразно называть экогоризонтами. Экогоризонтами высшего - глобального - ранга и являются фотобиосфера и меланобиосфера. Выделяемые В. И. Вернадским пленки жизни можно рассматривать как частный случай экогоризонтов.
Итак, по горизонтали биосфера делится на экосистемы, по вертикали - на экогоризонты. Действие закона всемирного тяготения приводит к тому, что взаимозависимость между двумя соседними экогоризонтами обычно больше, чем между соседними экосистемами.
Все экосистемы биосферы Земли по ландшафтному принципу можно разделить на три основные группы: а) морские экосистемы; б) экосистемы суши; в) экосистемы континентальных водоемов. Только морские экосистемы объединены в единую грандиозную экосистему - Мировой океан. Другие типы экосистем имеют дисперсное распространение: экосистемы наземных водоемов окружены сушей, а суша, в свою очередь, океаном. В современную эпоху они занимают следующие площади: Мировой океан - 361,2 млн. км², суша - 145,7 млн. км², континентальные водоемы - лишь 3,2 млн. км². Рассмотрим, как распределено живое вещество в этих основных типах экосистем биосферы и какие следы оставляют они в геологических отложениях.
"Биогенные соли в глубине и наличие света у поверхности" - так в афористической форме выразил советский океанолог Ю. Ю. Марти основную проблему морских экосистем. Мировой океан включает в себя водную толщу (океанологи ее называют пелагиалью) и дно (бенталь). Пелагиаль в пределах фотобиосферы в океанологии называют эвфотической зоной; нижняя часть пелагиали именуется афотической зоной. По существу, это три самостоятельных экогоризонта океана (сверху вниз: эвфотическая зона, афотическая зона и бенталь), каждый из которых характеризуется своим специфическим живым веществом и условиями среды. В некоторых полузамкнутых бассейнах с затрудненной циркуляцией вод (типа Черного моря) обнаруживается другой своеобразный слабо заселенный экогоризонт - зона сероводородного заражения, где прозябают только несколько видов анаэробных бактерий.
В. И. Вернадский выделил в океане две жизненные пленки (планктонную и донную). Обе они приурочены к границам раздела фаз: планктонная - газообразной и жидкой, донная - жидкой и твердой (рис. 2).