В 1986 году экипаж подводного обитаемого аппарата «Бентос-300» наблюдал на склоне Ялтинского каньона на глубине 600–640 м отсутствие характерного для таких глубин Черного моря постоянно идущего детритного «снега» (тонущих частиц органической взвеси), удивительно прозрачную воду и необычных для таких глубин Черного моря донных обитателей и рыб.
Фото: Yannis Papanastasopoulos / Unsplash.com
Фото: Yannis Papanastasopoulos / Unsplash.com
Научная подлодка
Во время того погружения 1986 года ученые не смогли более детально исследовать этот феномен, не смогли даже отобрать пробы, потому что шло очередное тестовое погружение модифицированного подводного обитаемого аппарата (ПОА) «Бентос-300», второго по счету и, как оказалось, последнего в серии этих подводных лабораторий.
ПОА «Бентос-300» был создан ленинградским институтом «Гипрорыбфлот» по заказу Минрыбхоза СССР в 1976 году. Как видно из его названия, он был спроектирован из расчета максимальной глубины погружения 300 м. Испытания ПОА позволили увеличить ее до 450 м. Второй в серии «Бентос-300», спущенный на воду в 1983 году, имел расчетную глубину погружения 600 м. На траверзе южного берега Крыма, где шельф близко от берега резко обрывается и уходит на километровые глубины, он в 1986 году как раз проводил испытания на максимальную глубину погружения.
В ряду обитаемых подводные аппараты «Бентос-300» стояли особняком. Во-первых, они были крупнее остальных автономных ПАО, которые брали на борт два-четыре человека. У «Бентос-300» водоизмещение было 300 тонн, а штатная команда состояла из 12 человек, включая капитана, механиков, ученых-наблюдателей и водолазов, которые могли выходить и возвращаться на борт ПАО. По сути, это была научная подводная лодка.
Во-вторых, целью «Бентос-300» не было покорение максимальных глубин океана. Эти научные подлодки заказал Минрыбхоз для своих целей — наблюдения за рыбными стадами и совершенствования методов промысла в прибрежных шельфовых морях и на океанических банках. Для этого глубин в 300–400 м вполне хватало, в традиционных районах тралового промысла он редко ведется на больших глубинах.
В-третьих, всем было понятно, что ихтиология ихтиологией, а такие ПАО, как «Бентос», должны были быть готовыми выполнить задания ВМФ — например, по поиску затонувших подлодок, спасению их экипажей и для более специфических боевых задач.
Научная подводная лодка «Бентос-300» имела большие возможности для исследований любых интересных ученым явлений в глубинах и на дне моря. Но наткнувшись, образно говоря, на солнечную полянку посреди дремучего мертвого сероводородного леса, ученые этими возможностями не воспользовались. Графики погружения «Бентосов» были расписаны на годы вперед, ученые отложили исследование оазиса на свале Ялтинского каньона на потом. Только это потом не наступило, потом развалился Союз и вместе с ним вся дорогостоящая наука океанология. «Бентосы» встали на прикол в Севастопольском и Новороссийском портах, где в конечном итоге сгнили у причала. В Новороссийске «Бентос» от ветхости утонул, и его порезали на металлолом, а в Севастополе его вроде хотят отреставрировать и сделать из него музей — даже президентский грант в 2018 году на это получили.
Нетипичные обитатели черноморских глубин
Подводный обитаемый аппарат «Бентос-300»
Фото: Сергей Мальгавко / ТАСС
Подводный обитаемый аппарат «Бентос-300»
Фото: Сергей Мальгавко / ТАСС
Вспомнили океанологи про оазис жизни в Ялтинском подводном каньоне только в 2002 году, когда на борт научно-исследовательского судна (НИС) Meteor (принадлежит Минобрнауки ФРГ) на двух станциях в глубоководной впадине в западной части Черного моря с глубин 1900 м и 2190 м был поднят неизвестный науке вид донного ракообразного. Этот рачок размером меньше 1 мм не только не должен был жить на таких глубинах, где в Черном море нет кислорода, но и вообще приспособлен жить в пресной воде, а не в морской. Год спустя в ходе экспедиции на НИС «Янтарь» («Южморгеоэко») этот же вид рачков был обнаружен в северо-восточной части Черного моря на глубине 171 м и тоже в аноксийной (бескислородной) зоне.
В 2010 году в районе Босфора на борт НИС Maria S. Merian (Leibniz Institute for Baltic Sea Research, Germany), которое работало в Черном море в рамках европейского проекта HYPOX, с глубины 250 м был поднят живой брюхоногий моллюск, принадлежавший к роду Caspiohydrobia, который, как явствует из его названия, характерен для слабосоленого Каспийского моря и пресных водоемов и тоже никак не мог жить в воде черноморской солености и без кислорода.
Если признать, что присутствие этих видов донных животных в аноксийной зоне Черного моря не случайно, то придется допустить существование источников поступления кислорода в сероводородную толщу черноморской воды. Природных кислородных фонтанов, аэрирующих придонный слой воды, как в аквариуме, на дне Черного моря нет — такой геологической экзотики вообще не существует в природе. Оставалось одно разумное объяснение: здесь были достаточно мощные выходы подземных источников богатой кислородом воды, причем пресной воды.
Подробно про открытие и изучение пресноводной донной фауны на шельфе, материковом склоне и в глубоководных впадинах Черного моря можно почитать в научных работах Игоря Петровича Бондарева из Института биологии южных морей им. А. О. Ковалевского РАН. Они доступны в интернете и написаны вполне понятным для неспециалиста языком.
Светлая вода
Подводные родники и даже фонтаны пресной воды на морском дне — явление отнюдь не экзотическое, а известное людям с древности. Морские геологи и геофизики называют его субмаринной разгрузкой пресных вод. Именно это увидели ученые в 1986 году на склоне Ялтинского каньона через иллюминаторы «Бентоса»: довольно обширный оазис кислородной пресноводной жизни посреди мрака и ужаса сероводородной жизни, которая вся без исключения есть продукт гниения трупов обитателей верхних слоев морской воды.
Ученые, работавшие в 1970–1980-х годах на «Бентос-300», вспомнили еще об одном своем наблюдении, более раннем. В 1977 году недалеко от остова Змеиный еще первый «Бентос–300» попал в слой удивительно прозрачной воды. Дальность видимости в ней была около 35 м. При этом видимость в поверхностном слое воды была низкая (около 2 м), что обычно для северо-западной части Черного моря. Слой прозрачной воды распространялся от дна на глубине 54 м до глубины 25–30 м. Тогда члены экипажа подводной лаборатории предположили, что этот слой является затоком сероводородных вод с глубины, по оптическим характеристикам он был ближе сероводородной толще района исследований.
Теперь задним числом понятно, что раз никаких видимых признаков угнетения жизни ученые в этом месте не заметили, более вероятно, что это была зона субмаринной разгрузки подземных пресных вод. Важно это наблюдение еще по одной причине: в верхних слоях свет из-за высокого содержания взвеси в воде рассеивается, и за иллюминаторами царит полумрак, несмотря на солнечный день. А у дна в прозрачном слое естественная освещенность позволяет видеть на 35 м, как в верхних слоях воды в открытом океане. Иными словами, слой прозрачной пресной воды, бьющей со дна, служит природной оптической линзой, которая концентрирует лучи света. То же самое оптическое явление — довольно большую линзу прозрачной воды — наблюдали ученые и в 1986 году с борта второго «Бентос-300» на гораздо большей глубине в Ялтинском каньоне.
Откуда пресная вода на дне моря
Откуда берется пресная вода в таких количествах в придонных слоях Черного моря, в настоящее время ученым понятно. Как показали геофизические и геохимические съемки, артезианские пресноводные бассейны на разных геологических этажах опоясывают всю береговую линию Азовского и Черного морей. Кроме того, субмаринные источники питает вода, вытекающая из закарстованных массивов известняков горных массивов, окружающих море.
В ходе 37-го рейса НИС «Академик Вернадский» в 1988 году были обнаружены очаги точечной субмаринной разгрузки карстовых вод в верховьях Балаклавского, Кастельского и Судакского подводных каньонов, а также рассредоточенной разгрузки в Ялтинском каньоне. Уже в нашем веке опреснение морских вод на дне подводных каньонов также было обнаружено на материковом склоне Турции (глубины 300–500 м) и в каньоне на болгарском шельфе на глубине 159 м.
Сами каньоны представляют собой палеорусла рек. Каждая река имеет русловый сток, то есть поверхностный поток воды. Это, собственно, и есть река. Она течет по ложу, сложенному достаточно мощными отложениями, в основном песками. Но и под рекой в этом ее ложе движется подземный подводный поток (подрусловый сток), который уходит в море по палеоруслам рек. Реки давно может не быть, но на самом деле она есть и течет под своим древним руслом, как бы запечатанным сверху илами, иногда довольно мощными. Воды подруслового стока вырываются на поверхность морского дна лишь в отдельных местах.
То пресное, то соленое
За всю историю своего существования Черное море несколько раз поочередно было то пресным, то соленым. Если начать с времен, когда очертания материков и морей приняли более или менее узнаваемые сейчас контуры, то 14–10 млн лет назад Черное море входило в состав изолированного от Мирового океана пресного Сарматского моря (от Балатона до Арала). Затем вновь соединилось со Средиземным морем, образовав на несколько миллионов лет Меотическое море. Затем образуется пресноводное Понтическое море (включавшее Каспий). Потом были Куяльницкое море, Чаудинское озеро-море, соленое Карангатское море и, наконец, пресноводное Новоевксинское озеро-море, которое существовало 20–7 тыс. лет назад.
А потом то ли в результате поднятия уровня Мирового океана после окончания ледникового периода, то ли в результате землетрясения, а скорее в силу обеих причин Босфорский перешеек был прорван. Соленые воды Средиземного моря хлынули в Черное море, вызвав массовую гибель всего пресноводного мира Новоевксинского озера-моря. Разложения останков погибших животных и растений создали тот первоначальный запас сероводорода, который продолжает существовать до сих пор и дает все основания называть Черное море «морем мертвых глубин».
Древность пресноводной жизни в соленом море
Такая последовательность событий вызывает другой вопрос: откуда взялись оазисы пресноводной жизни, которые существуют сейчас на дне Черного моря? Временной отрезок в 6–8 тыс. лет хоть и небольшой с точки зрения геологии и эволюционной биологии, но все же значительный. На его протяжении могли меняться места субмаринной разгрузки пресных вод. Там, где они исчезали, оазисы пресноводной жизни должны были практически сразу вымирать, а где появлялись, появлялась и пресноводная жизнь на морском дне. Только было непонятно, откуда там могли взяться пресноводные организмы, которые заселяли новые пресноводные биотопы на дне моря.
Как они преодолевали принципиально непреодолимые для них препятствия из соленой и тем более лишенной кислорода и насыщенной сероводородом воды? Ведь речь шла не о рыбах, которые в принципе могут преодолеть какое-то расстояние, образно говоря, зажав жабры, или сюда может принести с течением их оплодотворенную икру. Но моллюски и другие донные обитатели, особенно те, у которых личинки не пелагические (дрейфующие в толще воды), они-то как попадали в пресноводный оазис на дне в окружении соленой бескислородной воды?
Гидробиологи давно поднимали со дна моря раковины моллюсков, которые обитают либо в пресных, либо в слабосоленых водах. И именно по этой причине довольно долго считалось, что это останки вымерших видов, переотложенные из более древних донных отложений, которые образовались по меньшей мере 8 тыс. лет назад, когда Черное море было замкнутым и пресным.
Но при более тщательном исследовании оказалось, что в заведомо древних отложениях достоверно присутствует только один вид из найденных моллюсков, да и у него сохранность раковин в современных отложениях была гораздо лучше, чем в древних. Раковины других моллюсков, обнаруженные на глубинах у южного побережья Крыма, принадлежали видам, обычным для слабосоленых Каспия и Арала, рек Армении и Урала. А в 2010 году, как уже сказано выше, в районе Прибосфорья, где фоновая соленость превышает 22%, с глубины 250 м на борт НИС Maria S. Merian был поднят живой брюхоногий моллюск, характерный для пресных вод.
Объяснение тут может быть только одно: пресноводные экосистемы на дне моря сумели выжить и сохраниться в течение всех 6–8 тыс. лет существования современного Черного моря. В пользу этой гипотезы говорит находка одного и того же нового для науки вида ракообразного на двухкилометровой глубине у берегов Турции в 2002 году и находка его же в 2003 году у кавказского берега на двухсотметровой глубине. А его выделение в отдельный таксон довольно высокого для зоологической номенклатуры уровня семейства говорит об эволюционно длительном развитии очагов пресноводной фауны в окружении соленых морских вод. Иными словами, пресноводная жизнь в глубинах Черного моря существует ровно столько, сколько существует это море.
О научных сенсациях
Остается только вопрос, почему гидробиологи только в последние годы обратили внимание на столь необычную жизнь в Черном море. Дело не в том, что раньше у них не было подводных аппаратов и прочей современной техники для исследования морских глубин. Сероводородная зона в Черном море была открыта и жизнь в ней довольно подробно исследована в 1890 году, то есть 130 лет назад, и для этого вполне хватило парусно-парового судна, обычных батометров и донных драг. Проблема была в другом.
В 1974 году во время рейса НИС «Дмитрий Менделеев» в Тихий океан океанологи открыли и описали выходы геотермальных вод на океанском дне близ Галапагосских островов. В 1976 году в этих же местах на глубине 2500 м американский буксируемый аппарат ANGUS сфотографировал скопления белых двустворчатых моллюсков размером 15–18 см. Это стало научной сенсацией: на таких глубинах ранее не встречались моллюски больше 3 см. На следующий год в том же районе американский обитаемый аппарат Alvin обнаружил скопления крупных крабов, креветок и других донных организмов. Подсчеты показали, что их общая биомасса на три-четыре порядка превышала обычные показатели биомассы бентоса для таких глубин.
Так были открыты «черные курильщики» и сопутствующие им глубоководные гидротермальные сообщества. Это открытие считается крупнейшим событием в океанологии ХХ века. «Курильщики» извергают воду температурой до 400°C. Из-за большого давления вода не кипит, а находится в сверхкритическом состоянии. Соприкасаясь с океанской водой, геотермальная вода (та же океаническая вода, которая втягивается в гидротермальный источник через разломы и пористые отложения и там разогревается, плюс некоторое количество магматической воды, высвобождаемой восходящей магмой) охлаждается. При этом из нее выпадают в осадок сульфиды железа, меди, никеля — все они черного цвета.
Из них образуются причудливой формы трубки «курильщиков». В процессе дальнейшего охлаждения (200–300°С) из геотермальной воды выпадают сульфиды цинка и марганца белого цвета, и вокруг «черных курильщиков» дно становится белым. При медленном подъеме геотермальной воды она остывает до 300 C еще до соприкосновения с океанской водой, и тогда возникают «белые курильщики». Картина была впечатляющая, а если добавить сюда моллюсков и крабов-альбиносов, прочую фауну гидротермальных сообществ, то получалась полная картина альтернативной жизни на Земле.
Разумеется, подобные метафоры предназначались широкой публике и грантодателям, сугубый интерес ученых к «черным курильщикам» был прозаичным. «Курильщики» оказались не редкостью, обычно были приурочены к срединно-океаническим хребтам, насчитывались тысячами и, по сути, представляли собой выходы на поверхность океанического дна горячих рудоносных растворов, формирующих месторождения сульфидных руд. Иными словами, ученые могли воочию в режиме реального времени наблюдать образование рудных месторождений и разнос течениями рудного вещества, которое при оседании на дно образует металлоносные осадки.
Очень скоро стало ясно, что эффективность рудообразования у «курильщиков» низкая — до 95–98% металлов уходит в «дым» и рассеивается в водной толще океана. Но посмотрев такое документальное кино в духе Жак-Ива Кусто, геологи, геофизики и металлурги могли почерпнуть для себя много нового и практически полезного. Что же касается биологов, то они надеялись уловить момент абиогенного синтеза органических веществ, в частности аминокислот, из неорганических соединений. Или, говоря проще, поймать если не сам момент зарождения жизни на Земле, то хотя бы какие-то его детали, которые могли бы прояснить его механизм в далеком прошлом нашей планеты.
Неудивительно, что к «черным курильщикам» и жизни возле них было приковано основное внимание океанологов в последней трети прошлого века. С 1984 года отечественными глубоководными обитаемыми аппаратами Pisces и «Мир» были исследованы почти все основные регионы распространения гидротермальной фауны. В дальневосточных морях эти работы продолжались и в 1990-е годы, когда денег на океанские экспедиции у наших океанологов не стало. Продолжаются они и сейчас, как только появляется возможность поработать в составе международных экспедиций.
На этом фоне открытие пресноводной жизни на дне Черного моря может показаться не столь уж важным событием в науке, но сейчас оно пришлось очень кстати. По подсчетам ученых из Морского гидрофизического института РАН, суммарный дебит субмаринных источников только одного 40-километрового участка крымского побережья от Балаклавы до Симеиза составляет 700 тыс. м3/сут., то есть почти в два раза больше, чем потребляет пресной воды в сутки население всего Крымского полуострова, включая туристов. Иными словами, пресной воды в Крыму много, и почти вся она уходит в море. Вероятно, об этом полезно знать тем, кто сейчас распределяет 50 мрлд руб., выделенных из бюджета России на решение проблемы дефицита пресной воды в Крыму.