Як утворюються коралові рифи

Будуючи риф, мадрепоровие корали створюють колонії неймовірно різноманітних форм і розмірів. Однак в основі цього розмаїття лежить кілька основних форм, що дозволяє розбити рифи всього лише на кілька типів.

Вже багато років вчені, які вивчають рифи, сперечаються про те, як утворилися атоли і коралові банки, розсіяні по Індійському, Тихого і Атлантичного океанів.

Є кілька теорій виникнення рифів. І кожна з них намагається по-своєму підійти до вирішення двох взаємопов'язаних і в той же час абсолютно самостійних проблем: як утворилися платформи, на яких знаходяться рифи, і чому сучасні рифи мають саме таку, а не іншу форму. Одні теорії доповнюють один одного, деякі ж побудовані на протилежних точках зору. Якісь положення цих теорій зберігають своє значення і на сьогоднішній день, інші були

відкинуті або ж розглядаються як якийсь окремий випадок.

Першим витончене рішення проблеми освіти атолів запропонував Чарлз Дарвін. Зустрічаючи під час своєї навколосвітньої подорожі викопні види морських організмів на великих висотах в Андах, він припустив, що деякі ділянки земної кори, мабуть, зазнали значного підняття по вертикалі. У ті роки можливість зміщення окремих блоків Земної кори представлялася майже такий же неймовірною, який дещо пізніше буде здаватися сучасникам еволюційна теорія самого Дарвіна. Його теорія освіти атолів виходила з двох основних передумов - що платформи, на яких росли мадрепоровие корали, поступово опускалися і що коралові споруди і рифи, які вони творили, могли рости вгору, по крайней мере, з такою ж швидкістю, з якою відбувалося опускання платформ . Ця теорія в основному витримала перевірку на протязі півтора століття. До того ж вона пояснює утворення не тільки атолів, але також і двох інших типів рифів: і берегові, і бар'єрний риф, і атоли, за Дарвіном, є послідовні етапи розвитку однієї і тієї ж коралової споруди.

Спочатку навколо вулкана, здіймається над теплим кораловим морем, на мілководді виростає коралова смуга - берегової риф. Поступово вулкан занурюється в море, у міру його опускання відбувається зростання коралів вгору - і таким чином риф постійно тримається на одному і тому

ж рівні. Якщо риф весь час зростає вгору і в бік моря, поступово між ним і островом може утворитися канал. Коли цей канал досягне певної ширини, риф з берегового перетворюється в бар'єрний. (Зрозуміло, що момент, починаючи з того берегової риф перетворюється в бар'єрний, можна визначати по-різному - скажімо, деякі фахівці давно вже запропонували вважати берегової риф бар'єрним, коли по утворився каналу вже може проходити великий човен.) У Світовому океані існує безліч берегових і бар'єрних рифів.

Зрештою вулкан, зникнувши зовсім в морських глибинах і залишивши після себе лише кільце коралів, перетворюється в атол. В Індійському і Тихому океанах розкидані сотні і сотні атолів, діаметри яких можуть коливатися від одного до 160 і більше кілометрів; проте більшість атолів має діаметр від трьох до 30 кілометрів. Теорія Дарвіна, прекрасно який пояснив наявність такого великого числа атолів, прийшла на зміну що існувала раніше уявленню про те, що атоли були утворені рифами, які виросли по краях кратерів вимерлих і занурилися в море вулканів. Зростання коралів навколо кратера вулкана, розташованого на підходящої глибині, дійсно міг мати місце, але ніяк не вдавалося пояснити, чому так багато кратерів вулканів виявилося на одній і тій-же глибині.

Сьогодні в коралових морях можна бачити всі три етапи розвитку коралової будівлі і багато проміжних стадій. результати

глибокого буріння на рифах підтвердили справедливість припущення Дарвіна: в більшості випадків кораловий вапняк дійсно покоїться на більш древніх вулканічних породах, а викопні рештки наземних і прибережних морських організмів, які виявлені в керна, витягнутих з свердловин з великих глибин, свідчать про те, що цей нині глибоко похований вапняк колись знаходився на рівні моря або трохи вище його. За допомогою радіоізотопів в деяких випадках вдалося визначити вік вапняку - виявилося, що він коливається від декількох тисяч до багатьох мільйонів років.

Однак процес утворення багатьох рифів не піддавався настільки простому поясненню, яке пропонував Дарвін. Великий Бар'єрний риф, наприклад, не є звичайним бар'єрним рифом гігантського величини. Насправді це величезний комплекс безлічі абсолютно різних за формою, величині і типам рифів, розташований в межах континентального шельфу на значно менших глибинах, ніж рифи, що лежать десь в просторах океану.

Дещо пізніше дарвінівська теорія походження рифів отримала нето розвиток, коли стало ясно, що рівень Світового океану неодноразово піднімалося і опускався, відчуваючи значні коливання. Починалися і закінчувалися льодовикові періоди, коли колосальні обсяги води то накопичувалися в льодовиках, то знову поверталися в Світовий океан, відбувалися вертикальні зрушення земної кори - і рифи то з'являлися на поверхні океану, то знову затоплювалися. Таким чином, сучасні мілководні райони не завжди були розташовані на невеликих глибинах, а час від часу то піднімалися над рівнем Світового океану, то знову йшли під воду. І цей факт сильно ускладнює наше уявлення про те, як утворювалися коралові споруди.

Коли остаточно підтвердилося, що рівень Світового океану відчував значні коливання, американець Делі на початку нашого століття створив теорію «льодовикового контролю» ріфообразованія. Спочатку деяким вченим здалося, що вона спростовує теорію Дарвіна. Однак Дарвін, по суті, пояснив, як виникли рифи, а Делі - як зміни рівня моря і ерозія могли сформувати сучасний вигляд рифів. Коли під час льодовикового періоду знижувався рівень моря і одночасно падала середньорічна температура води і корали припиняли свою творчу діяльність, тоді, вважає Делі, рифи, і навіть вулкани, руйнувалися і зрізали хвилями. Коли ж рівень води знову підвищувався, корали отримували на зруйнованих рифах і вулканах вельми відповідну для своєї життєдіяльності платформу і в силу певних причин починали найбільш активно рости по її краях. На сьогоднішній день до теорії Делі ставляться досить скептично, зокрема, через те, що ерозія відбувається повільніше, ніж вважав Делі. Проте Делі переконливо показав, що жодна теорія не може ігнорувати ні зміни рівня Світового океану, ні ерозію під впливом морських хвиль і дощів.

Свого часу було висунуто припущення, що кільцева форма атола - це результат розчинення породи, що лежить в центрі плоско зрізаного рифа, морською водою. Однак коли стало ясно, що морська вода не могла б розчиняти вапнякову породу з необхідною швидкістю, від цієї теорії відмовилися. Згідно з останньою, яка існує на сьогоднішній день точці зору, середина рифа дійсно руйнується, надаючи йому форму кільця, але відбувається це під впливом кислої реакції дощової води, коли риф оголюється під час відливу. І ця теорія визнана зараз найбільш правдоподібною.

Отже, на сьогоднішній день нам ясно, що формування коралового рифу залежить, від багатьох факторів. За останнє сторіччя наші уявлення про життя рифа значно розширилися. Але, щоб зрозуміти процес ріфообразованія до кінця, нам ще належить виконати величезну роботу.

Середовище, в тій відбувається зростання рифів

Хоч би якими були деталі механізму утворення рифів, важливим фактором цього процесу є хімізм води, в тій вони ростуть. У більшості випадків життя у відкритому океані, який оточує рифи, значно менш різноманітна і багата, ніж на самому рифі. Справа в тому що. хоча тропічні води багаті багатьма хімічними речовинами, важливими для життєдіяльності живих організмів, в них міститься дуже мало деяких інших незамінних сполук. Саме цей фактор в кінцевому підсумку і лімітує кількість живих організмів, здатних жити в тропічних водах. І саме тому води відкритого океану, які омивають морістее схил рифа, небагаті планктоном та іншими більшими організмами. Кораловий риф різко виділяється на тлі цієї мізерної океанічної життя - це справжній пишний оазис в порівняно бідної водної пустелі.

Оскільки риф - це жива система, його мешканці для підтримки свого існування потребують певній кількості їжі і мінеральних речовин. Одні речовини, які є в достатку в омиває риф морській воді, витягуються з неї і вільно витрачаються рифовими організмами в потрібних кількостях. Інші ж речовини, яких в морській воді не надто багато, використовуються набагато більш економно. Риф може отримувати ззовні зовсім незначну частку цих речовин, але зате вони дуже ефективно витягуються і накопичуються мешканцями рифа. Речовини, засвоєні рифових біоценозом, включаються в практично замкнутий круговорот, витік їх з цього круговороту незначна. Таким чином, хоча і не можна сказати, що оточує риф серед багатих деякими речовинами, йому вдається накопичити значні їх запаси. Ці запаси містяться в рифової будівництві і в численних організмах, що живуть на рифі.

Море навколо коралового рифу насичене вуглекислим кальцієм,

тобто карбонатом кальцію, організми витягують його з води, і він відкладається в їх скелети. Мадрепоровие корали, а також інші тварини і рослини виділяють карбонат кальцію, тому він є на рифі в достатку. Нето кількість його знову розчиняється в воді, так що цей мінерал, що становить основу самого рифу, знаходиться в постійному круговороті.

Точно так же, як і в інших живих системах, основою життя рифа є органічний матеріал, який створюється рослинами. Рослини виробляють вуглеводи та інші речовини в процесі фотосинтезу, коли вуглець і водень з'єднуються в складних молекул. важливий для цього вуглець надходить із запасів вуглекислого кальцію, який розчинений у морській воді у великих кількостях. Запаси ж водню в морській воді практично невичерпні. Рослини отримують цей елемент, розщеплюючи молекули води, що є з'єднанням водню і кисню, вивільняючи при цьому кисень і пов'язуючи водень з вуглецем. Таким чином, нестачі в цих основних елементах, з яких складається жива тканина, рифове співтовариство не відчуває. У морській воді міститься також невичерпний запас розчиненого в ній кисню, який надходить з атмосфери і виділяється рослинами в процесі фотосинтезу. Однак тільки вуглець, водень і кисень 'не можуть утворювати всі складні високомолекулярні сполуки, важливі для підтримки життя рифового спільноти. Для цього потрібні ще й інші елементи.

Одні з них, такі, як азот і фосфор, потрібні в значних кількостях. Інші - скажімо, багато мікроелементів, - від яких залежать нехай і короткі, але життєво важливі етапи ряду хімічних перетворень, потрібні в біоценозі рифа в мінімальних кількостях, але потрібні обов'язково. Особливим шляхом йде постачання екоінфраструктури рифа азотом. У світі відомі лише дві підгрупи примітивних організмів, здатних зв'язувати атмосферний азот (або азот, розчинений у воді), і включати його в складні біологічно активні сполуки, - це особливі бактерії і деякі рослини з підгрупи синьо-зелених водоростей. Розміри цих рослин мікроскопічні, але значення їх надзвичайно велике. Вони мешкали в морях задовго до появи більш високоорганізованих організмів, яким вони, власне, і проклали шлях. Ці водорості існують на рифі у вигляді плівки, що покриває камені і пісок, і зазвичай знаходяться в симбиот-чеських відносинах з більшими організмами, такими, як губки. Багато їх і в заростях морської трави, де є і губки. Ось вони-то і утворюють такі азотні сполуки, які можуть бути використані всіма іншими видами життя на рифі. Таким чином, ці примітивні організми відіграють істотну роль в метаболізмі, тобто обміні речовин, рифа в цілому.

Мал. 3. Сучасні мадрепоровие корали будують рифи протягом усього лише невеликого відрізка часу існування життя на Землі. Ця схема показує, які організми будували рифи, починаючи з кембрійського періоду, тобто з часу

понад п'ятсот мільйонів років тому. Багато з цих організмів зараз вже вимерли, а деякі, такі, як брахиоподи, мшанки і губки, все ще широко поширені, хоча вже більше не будують рифів. Першими рифостроителями були водорості. Іноді вони ще й зараз беруть участь в будівництві деяких рифів і всюди є життєво важливою частиною коралового рифу як екоінфраструктури. Рухаючись по сходинках геологічних періодів (зліва направо і зверху вниз по нашій схемі), першими з тваринного світу зустрічаємо археоциат, що нагадують губок. Далі слідують стародавні брахиоподи, що володіють раковиною, яка збереглася і у їх сучасних нащадків. За ними йдуть примітивні колоніальні тварини - мшанки і нині вимерлі строматопорати. За нею йдуть корали-табуляти і чотирипромінні корали (ругози), що відносяться до кишечнополостним, подібно до сучасних коралів, і примітивні губки. Передостанню сходинку займають рудісти - вимерла група гігантських двостулкових молюсків. В результаті підняттів земної кори їх скам'янілі раковини тепер зустрічаються головним чином на континентах і навіть високо в горах, на великій відстані від моря. На будь-яких рифах - незалежно від часу їх існування, а також від того факту, яка саме група тварин і рослин є відповідальною за їх освіту, - крім головних ріфостроі-телей, завжди жили і інші живі організми, які вносили значний додатковий внесок у формування його вапняної основи. Протягом цих п'ятисот мільйонів років чотири рази знищувалися з якихось невідомих нам причин величезні кількості поширених у всьому світі видів живих організмів, причому найзначніша катастрофа сталася в кінці пермського періоду. На схемі ці катастрофи відзначені заштрихованими вертикальними смугами. У сучасний період основними рифостроителями є мадрепоровие корали і водорості, але, як ми побачимо в цій статті, важливу роль в процесі ріфостроенія грають і багато інших представників фауни.

Ще одним життєво важливим елементом, якого потребують рослини і тварини, є фосфор. Він надходить на рифи ззовні в надзвичайно малих кількостях. Однак запаси фосфору зберігаються в самому кораловому біоценозі. По-перше, багато фосфору є в зв'язаному стані в живих тканинах самих організмів. Тварини отримують його в процесі харчування - поїдаючи один одного або харчуючись рослинами. По-друге, значний запас фосфору знаходиться в донних відкладах. Його з'єднання адсорбуються на поверхні мінеральних часток - лише в одному відрі замуленого піску площа їх поверхні досягає сотень квадратних метрів. Адсорбовані донними опадами сполуки фосфору легко переходять в розчин при взмучиванії. Настільки ж легко йде адсорбція цих речовин, що надходять в воду, наприклад, з організмів тих численних істот, які живуть і вмирають в піску.

Трапляється, що рифів біоценозу не вистачає деяких вкрай потрібних елементів, і це уповільнює розвиток життя на рифах. Однак більшість біогенних елементів є на рифі в достатній кількості - або у вигляді вільних з'єднань, або у зв'язаному стані.

Таким чином, на коралових рифах розвинулися такі живі інфраструктури, які утворюють строго замкнутий круговорот речовин і є практично автономними системами, що забезпечують себе всім важливим. інфраструктури ці дивно економні, відходи їх життєдіяльності зведені до мінімуму, оскільки передача життєво важливих з'єднань йде на рифі по харчових ланцюгах майже без витоку. Отже, море, що омиває риф, формує його і підтримує на ньому в фізичному і хімічному сенсі існування всіх живих істот.