Текст книги "Журнал «Вокруг Света» №07 за 2010 год"
Автор книги: Вокруг Света Журнал
сообщить о нарушении
Текущая страница: 7 (всего у книги 9 страниц)
Планета: рецепты творения
Внешность земных ландшафтов может многое рассказать об истории их возникновения.
Река Тьоурсау
Центральная Исландия
Сочетание активных вулканов и гейзеров (выбросов кипятка и пара) с мощными ледниками и подземным оледенением (вечной мерзлотой) оказывает уникальное воздействие на исландский ландшафт
Между плюсом и минусом
Бело-голубые «кляксы» между главной рекой и притоком – термокарстовые озера, типичный элемент областей вечной мерзлоты. В мерзлом грунте много льда, и когда он протаивает, поверхность проседает, а в котловинах образуются озера. Геометрия озерного ландшафта задается системами трещин, разбивающих грунт при зимнем промерзании. Широко распространено убеждение, что таяние мерзлоты – следствие, главным образом, глобального потепления климата, но это не единственный и во многих случаях не главный фактор. Мерзлый грунт начинает таять, если надежно изолирующий его от солнечного тепла покров из мха и торфа нарушен эрозией или, например, вездеходной колеей. Другая причина – увлажнение ландшафта, вызванное обильными дождями и снегопадами. Со своей стороны, таяние мерзлоты само влияет на климат: из оттаивающего грунта в атмосферу выделяется метан – один из парниковых газов, поддерживающих глобальное потепление.
Болото Федерзее
Юго-Западная Германия
Федерзее – одно из многочисленных небольших озер в Верхней Швабии, которые были оставлены талыми водами ледников, спускавшихся сюда с северных склонов Альп около 20 000 лет назад
Оленья карта
Заболоченные луга с изолированными группами кустарников окаймляют озеро Федерзее – типичный для Центральной и Северной Европы результат послеледниковой эволюции ландшафтов. Озеро, занимавшее овальную ледниковую котловину размером 3 на 4 километра, постепенно зарастало у берегов, мелело (сейчас максимальная глубина воды в самом центре котловины – 2 метра) и превращалось в болото. Оно окаймляется зарослями тростника (коричневатый тон в левом верхнем углу снимка), а далее – километровой ширины болотная окантовка, где селятся многочисленные и разнообразные птицы и звери. Богатая фауна издавна привлекала людей: в слоях торфа найдены следы поселений каменного и бронзового веков. Обилие птичьего пера на поверхности воды, по одной из версий, дало название самому озеру: в переводе с немецкого Federsee – «озеро-перо» (по другой версии, название происходит от кельтского слова pheder – болото). А напоминающий автомобильную карту линейный узор на зеленом фоне – действительно дорожная сеть. Только проложена она не человеком: это оленьи тропы. Главные «магистрали» соединяют островки кустарников, где животные находят пищу и убежище. Соединяющие магистральные тропы второстепенные тропки – «хорды», по которым в случае необходимости можно срезать угол и сократить путь.
Горы Ханс
Южная Намибия
Горы Ханс отличаются не только удивительными наземными, но и богатыми подземными ландшафтами. Системы пещер в доисторические времена служили прибежищем для человека. Здесь найдены одни из древнейших изображений животных, выполненные 28 000 лет назад
Лестница в небо
Слагающие горы карбонатные породы накапливались в мелководном шельфовом море около 550 миллионов лет назад – на рубеже протерозойской и палеозойской эр. Сами горы появились в геологическом масштабе времени относительно недавно – не более 25–30 миллионов лет назад. Внутренние силы Земли подняли эту территорию на полтора-два километра над уровнем океана, и спокойные доселе реки превратились в бурные горные потоки, вгрызающиеся в камень. Со временем реки прогрызли себе глубокие долины-каньоны. Вслед за главными реками стали углубляться и притоки, и на месте прежней равнины возник глубоко пересеченный горный ландшафт. Такой сценарий описывает появление многих горных систем, но далеко не все они выглядят столь же причудливым образом. Можно заметить, что склоны каньонов ступенчатые – состоят из сочетания вертикальных уступов и почти горизонтальных площадок. Это отражение геологической структуры. Горизонтальные пласты известняков образуют последовательности слоев, обладающих разной прочностью. Вода и ветер быстрее разрушают более мягкие – так появляются уступы, а более прочные сопротивляются дольше – так появляются площадки. Похожий механизм избирательного разрушения можно наблюдать на ступенях старой мраморной лестницы: более прочные кремнистые стяжения образуют выступы, обтертые с боков тысячами человеческих ног.
Озеро Гроссер
Остер Южная Германия
Озерный ландшафт Остерзее в Верхней Баварии состоит из 19 озер (Гроссер Остер – самое крупное из них), соединенных естественными каналами. Это наследие ледниковых времен: каждое озеро образовалось на месте глыбы «мертвого» льда, оставленной отступавшим в Альпы ледником
Ледяная маска
К тому, что реки замерзают неравномерно, мы привыкли и уверены, что всему виной – течение. Но почему неравномерно замерзает озеро, если течения нет, а температура воздуха над ним одинакова? Все дело в одном из уникальных свойств воды. В отличие от других жидкостей ее плотность максимальна не при температуре замерзания, а при 4 °С. Когда холодный зимний воздух охлаждает воду на поверхности до четырех градусов, она опускается ко дну. На ее место поднимается более теплая вода, охлаждается и тоже опускается – и так, пока вся толща воды не охладится до 4 °С. Только после этого начинается образование льда на поверхности. Чем глубже дно, тем больше времени занимает этот процесс. Образование ледяного панциря начинается на мелководье у берегов (так называемые забереги), а центральные части озера, особенно если там глубоко, а зима не очень суровая, могут и не успеть замерзнуть. Хотя берега на снимке и не видно, но по распространению льда можно догадаться, что он находится внизу, а более глубокая центральная часть озера расположена выше. Изрезанная форма ледяного края – клин открытой воды, тянущийся в правый нижний угол снимка, – результат теплового воздействия впадающей в озеро небольшой реки. Зимой реки питаются грунтовыми водами, температура которых близка к среднегодовой температуре воздуха (в районе Мюнхена это 7–8 °С).
Ледник Горнер
Кантон Вале, Швейцария
Массив Монте-Роза, с западного склона которого спускается ледник Горнер, – самый высокий в Пеннинских Альпах. Пик Дюфур (4634 метра) выше даже знаменитого соседа – пика Маттерхорн (4477 метров)
Ванна Снежной королевы
С северных склонов Пеннинских Альп спускается в сторону долины верхней Роны ледник Горнер. Его длина – около 14 километров, ширина – от 1 до 1,5 километра. Летом, когда яркое солнце растапливает лед на поверхности ледника, образуются озера двух видов. Первые – небольшие, хотя и глубокие, наледниковые озера, замерзающие зимой. Вторые – приледниковые, гораздо более живучие и полноводные. С одной стороны такие озера подпруживаются самим ледником, с другой – склонами горной долины, в которой он лежит. Озеро Горнер (внизу слева) – одно из немногих приледниковых озер в Альпах. Оно формируется при впадении в долинный ледник Горнер его основного притока – ледника Гренц. Летом озеро наполняется, а в холодное время года, когда приход талой воды прекращается, опорожняется. В особенно жаркое лето, когда озеро переполняется, могут происходить катастрофические выбросы воды – ледниковые паводки. Особенно участились подобные явления в последние десятилетия в связи с ускоренным таянием ледников. Этот процесс, кстати, имел еще одно следствие: снижение поверхности ледников на массиве Монте-Роза привело к смещению проходящей здесь границы между Швейцарией и Италией. Пришлось заново договариваться, и договор о новой линии границы был ратифицирован в 2009 году.
Дельта реки Орд
Северо-запад Австралии
В открытом океане высота приливной волны около полуметра, но при подходе к берегу она изменяется как в меньшую (до нуля), так и в большую (до 18 метров) сторону. В Австралии минимальная высота приливов на южном побережье – от 1 до 1,5 метра, максимальная на северо-западном – до 8 метров
Сообщество корнедышащих
Река Орд, текущая в тропических лесах северо-запада Австралии, впадает в Тиморское море. В дельте речной поток разбивается на множество проток. Поверхность дельты расположена очень низко – всего в 2–3 метрах над уровнем океана и один-два раза в сутки затопляется морскими приливами, высота которых достигает здесь 6–8 метров. Соленая океаническая вода смешивается в протоках с пресной речной, несущей с суши питательные вещества, и в получившемся солоноватом «бульоне» растениям легче выживать. Поэтому именно вдоль дельтовых проток растут мангровые леса, подчеркивая их причудливый рисунок. Но есть серьезная проблема, которую приходится решать растениям-манграм – насыщенные водой почвы бедны кислородом. Это вынуждает растения иметь так называемые ходульные корни, наполовину висящие в воздухе, или выпускать из-под земли специальные дыхательные корни. Еще одна сложность – возникающие при отливах сильные течения, готовые смыть любое семя, лежащее на поверхности грунта. Поэтому многие мангры обладают способностью к своеобразному живорождению: семена прорастают еще на дереве, а затем, попадая в воду, переносятся в вертикальном положении, что увеличивает вероятность укоренения. Правда, на этом неприятности могут не закончиться: проростки растений-мангров – излюбленное лакомство крабов.
Острова Вердер
Побережье Восточной Германии
Балтийское побережье – относительно молодое образование (в современном виде – 3000–4000 лет). 20 000 лет назад здесь лежал огромный ледник, подобный современному антарктическому. Примерно 12 000–15 000 лет назад он растаял, но земная кора, прогнувшаяся под его тяжестью, продолжает выпрямляться до сих пор
Кружевные берега
На Балтике не бывает приливов и отливов: океаническая приливная волна не может пройти сквозь узкие и мелководные Датские проливы. Для ветра таких препятствий нет: он свободно отгоняет воду от берега, понижая ее уровень, и наоборот. В вершине Финского залива ветровые нагоны могут повышать уровень моря до 5 метров, что и служит причиной частых, порой катастрофических наводнений в Санкт-Петербурге. А еще ветер косвенным образом участвует в оформлении аккумулятивных (намывных) островов в устье реки. Ее воды выносят в море много песка, из которого гонимые ветрами вдольбереговые течения конструируют разнообразные формы – косы, пересыпи, отделяющие от моря лагуны, и песчаные острова. Их округлая форма определяется круговыми движениями воды, возникающими при взаимодействии речного потока с вдольбереговым течением. А для рек характерны острова, имеющие форму капли: направленный вверх по течению край острова постепенно округляется, а нижний край наращивается остроконечной косой, по которой легко определить, куда течет река. Такую форму имеет остров на дальнем плане: видимо, именно здесь выходит в море основная часть речных вод. В разгар пляжного сезона нелишне напомнить, что течения в береговой зоне, особенно при впадении рек, могут достигать значительных скоростей – до 1–2 м/с – и представлять опасность даже для опытных пловцов.
Фото: Bernhard Edmaier/ SPL/EAST NEWS (x7)
Андрей Панин
Золотой век букашек
Стрекоза меганевра
Вид – Meganeuropsis permiana
Размах крыла – до 1 метра
Среда обитания – палеозойские тропические леса Представитель отдельного вымершего подотряда, к которому относятся самые крупные крылатые насекомые. Размах крыльев его представителей, живших в каменноугольном периоде, достигал метра. Подотряд дожил до конца пермского периода (251 миллион лет назад). Но в посткарбоновые времена его представители сильно измельчали. В отличие от современных стрекоз личинки меганеврид вели не водный, а наземный образ жизни. Меганевра была хищником, основной добычей ей служили диктионевриды.
Если бы насекомые были разумными существами и построили собственную цивилизацию, у них наверняка появилась бы собственная мифология. И в мифологии той, подобно нашей, наверняка поминалась бы – как Золотой век – стародавняя «Эпоха титанов», коим и принадлежала некогда Земля. Однако если античные титаны и циклопы всецело принадлежат к области человеческого воображения, то исполинские насекомые в прошлом действительно существовали, и нынешние стрекозы с полным на то основанием могут считать себя сильно измельчавшими потомками почти метровой меганевры. Наибольших размеров насекомые достигли в карбоновом, или каменноугольном, периоде палеозойской эры, то есть 360–299 миллионов лет назад.
Но почему именно тогда? По совести говоря, истинными владыками суши и сейчас являемся не мы с нашими родственниками-позвоночными, а именно насекомые: они превосходят все прочие группы животных и разнообразием форм (более полутора миллионов описанных видов), и ответственностью роли в наземных экосистемах (они и корм, и утилизатор органических отходов, и биомасса). Тем не менее после карбоновой эпохи они никогда не предпринимали попыток, по выражению экологов, «войти в крупный размерный класс» и достичь величины, сопоставимой с мелкими позвоночными.
Может быть, дело как раз в конкуренции с последними, и птицы (а в прошлом еще и летающие рептилии, птерозавры) не давали и не дают современным стрекозам дорастать до размеров своих гигантских пращуров – меганевр? Эта гипотеза не слишком убедительна: дело в том, что гигантские насекомые исчезли с лица Земли почти за 100 миллионов лет до появления первых летающих ящеров. Иными словами, конкурентное вытеснение тут предполагать весьма затруднительно, по-видимому, максимальный размер тела насекомых ограничивают какие-то иные факторы.
А как, кстати, обстоят дела с размерами тела у родственников насекомых, других представителей типа членистоногих: ракообразных, паукообразных, многоножек – современных и вымерших? Они намного внушительнее. Самым крупным современным членистоногим считается камчатский краб (строго говоря, это не краб, а гигантский рак-отшельник): тело величиной с большую обеденную тарелку, размах ног – до полутора метров. Еще больший размер тела (до 60 сантиметров в длину) имеет мечехвост – единственный доживший до наших дней представитель водных меростомовых. Мечехвост – родственник вымерших ракоскорпионовэвриптерид, раннепалеозойские представители которых в течение 18 миллионов лет (443–425 миллионов лет назад) были самыми крупными членистоногими в истории этого типа животных: тело длиной до двух метров, а с клешнями – до трех. Прямыми потомками эвриптерид являются наши современные скорпионы: можно сказать, что это сильно измельчавшие и перешедшие к жизни на суше ракоскорпионы, сменившие при этом жаберное дыхание на легочное. Стоп! Тип дыхания… А ведь тут сразу вырисовывается любопытная закономерность.
Диктионевриды
Вид – Asiodictya rossica Rohdendorf
Размах крыла – до 25 сантиметров
Среда обитания – палеозойские тропические леса Вымерший отряд насекомых, родственный дожившим до современности подёнкам (которые тоже известны с каменноугольного периода, правда, их размер не превышает пяти сантиметров). Диктионевриды и подёнки – единственные насекомые, у которых линька осуществляется не только на личиночной, но во взрослой (имагинальной) стадии. В конце каменноугольного периода диктионевриды были весьма разнообразны (их насчитывалось более двухсот видов) и достигали сорока сантиметров в размахе крыльев. Они дожили до пермского периода (299 миллионов лет назад), но сильно измельчали. Питались диктионевриды пыльцой первых голосеменных растений.
Как стать гигантом
Среди дышащих жабрами членистоногих (ракообразных и меростомовых) достаточно крупноразмерные формы наличествуют как в прошлом, так в настоящем. Между тем среди наземных членистоногих, дышащих трахеями, особи больших размеров существовали лишь в позднем карбоне. Причем эти гиганты появились тогда не только среди собственно насекомых, как меганевра или служившие ей добычей диктионевриды (отдаленные родственники современных подёнок, размером примерно с голубя), но и среди многоножек – таковой была, например, почти полутораметровая артроплевра. А вот среди паукообразных, которые дышат не трахеями, а «легочными мешками», представляющими собой, так сказать, ввернутые внутрь тела жабры, никакого гигантизма в ту пору не наблюдается! Иными словами, «карбоновый гигантизм» характерен только для трахейнодышащих наземных членистоногих.
Окаменелое крыло палеодиктиоптеры – родственницы стрекозы (каменноугольный период). Размер ее крыла мог достигать 45 сантиметров. Фото: JOHN T. FOWLER
Для тех, кто подзабыл школьный курс зоологии, напомним принципиальную разницу между жаберным и легочным дыханием, с одной стороны, и трахейным дыханием насекомых – с другой. При жаберном и легочном дыхании атмосферный кислород доставляется к клеткам тела омывающей их кровью (или ее функциональными аналогами). А вот «кровь» насекомых – гемолимфа – лишена дыхательных пигментов (вроде нашего ярко-красного гемоглобина или синего гемоцианина моллюсков) и не участвует в переносе кислорода. Поэтому их дыхание осуществляется при помощи трахей – ветвящихся трубочек, непосредственно соединяющих клетки внутренних органов с воздушной средой. Воздух внутри трахейной трубки неподвижен – принудительной вентиляции, как в различных типах легочных мешков, там нет, и приток кислорода внутрь тела, так же как и отток углекислого газа, происходит за счет диффузии при разнице парциальных давлений этих газов на внутреннем и внешнем концах трубки. Газ всегда устремляется из области высокого собственного давления в область низкого, именно благодаря этому механизму кислород поступает внутрь трахейной трубки, а углекислый газ выходит из нее. Такой механизм подачи кислорода жестко ограничивает длину трахейной трубки, максимальная протяженность которой (l) достаточно просто вычисляема «из физики». Поэтому максимальный размер тела самого насекомого не может превышать (в сечении) величины 2l, то есть при нынешнем уровне содержания кислорода в атмосфере – размеров куриного яйца: таковы самые крупные тропические жуки-голиафы. Так что явление «карбонового гигантизма» насекомых и трахейнодышащих многоножек заставляет предположить, что в те времена доля кислорода в земной атмосфере (и уровень его давления) была выше, чем ныне. Вопрос: почему? И шире – какими факторами вообще определяется содержание кислорода в атмосфере планеты?
Ракоскорпион
Вид – Hibbertopterus
Размер – до 2 метров
Среда обитания – прибрежные морские воды Предельный размер А могли на Земле появиться насекомые еще больших размеров, чем известные науке? Нет. Как мы убедились, размер тела насекомого ограничен особенностями его дыхательной системы и содержанием кислорода в атмосфере планеты. В наше время концентрация этого газа составляет 21%. Но если этот показатель превысит 26%, то любая органика начнет самопроизвольно воспламеняться и избыток кислорода просто-напросто быстро выгорит. Так что все вернется на круги своя. Метровая меганевра – это, судя по всему, предел размеров тела для наземного насекомого. Ни толкиеновской Шелобы, ни ракопауков Стругацких в реальной жизни нам не встретить.
Болота – легкие планеты
Известно, что количество кислорода, создаваемого небиологическими процессами (например, разложением молекул воды под действием фотонов электромагнитного излучения), совершенно ничтожно. Почти весь свободный кислород планеты создан фотосинтезирующими организмами. Однако живые существа не только производят кислород, но и потребляют его в процессе дыхания. В биосфере осуществляется достаточно простая химическая реакция: nСО sub2 /sub + nH sub 2 /sub O <==> (CH sub 2 /sub O) sub n /sub + nО sub 2 /sub . Читая ее слева направо, мы получаем фотосинтез (углекислый газ и вода превращаются в углеводные соединения и кислород), справа налево – дыхание (а также горение и гниение). Уровень содержания кислорода на планете стабилен потому, что прямая и обратная реакции взаимно уравновешиваются. Так что если мы попытаемся увеличить содержание свободного кислорода в атмосфере путем простого наращивания объема фотосинтезирующего вещества, то из этой затеи ничего не выйдет.
Сместить химическое равновесие можно, лишь выводя из реакции один из ее продуктов. В нашем случае – добиться увеличения выхода О sub 2 /sub можно, лишь необратимо изымая из нее восстановленный углерод в форме (CH sub 2 /sub O) sub n /sub или его производных.
Таким образом, производство кислорода биосферой начинает превалировать над потреблением ею же этого газа, только если происходит захоронение в осадках (то есть изъятие из биологического круговорота) неокисленного органического вещества. Этот вывод кажется довольно парадоксальным и противоречащим обыденным представлениям. «Леса – легкие планеты» – это утверждение природоохранная пропаганда давно сделала расхожим штампом, но мало кто задумывается над тем, что в действительности любое сбалансированное сообщество (например, тропический лес) потребляет ровно столько кислорода, сколько и производит. Если что и можно назвать «легкими планеты», так это болота, где как раз и идет процесс захоронения неокисленной органики.
Карбоновый (каменноугольный) период и есть время образования колоссальных запасов каменного угля, то есть время активного процесса захоронения в осадках и изъятия из биологического (геохимического) круговорота огромных масс неокисленного углерода.
Артроплевра
Вид – Arthropleura
Размер – до 2,5 метра
Среда обитания – палеозойские тропические леса Самое крупное наземное членистоногое за всю историю эволюции. Эта исполинская многоножка достигала в длину полутора метров. С современными двупарноногими многоножками (такими как кивсяки, достигающими в длину 25 сантиметров) ее связывает лишь самое отдаленное родство. Вопрос о том, чем питалась артроплевра, до сих пор окончательно не решен. Дело в том, что ни на одной из найденных окаменелостей не сохранился рот. Зато известны окаменелые остатки артроплевры с пыльцой в кишечнике. Говорит ли это о том, что гигантские многоножки были вегетарианцами?
Как там, в древних игуапо?
Поздний палеозой – это эпоха резко выраженной климатической зональности, сходной с нынешней. На древних приполярных континентах (Гондване в Южном полушарии и Ангариде – в Северном) существовали покровные оледенения, а ландшафт представлял собой нечто вроде лесотундры. В располагавшихся же в тогдашней экваториальной зоне Европе, Северной Америке и Китае климат был жарким и влажным – тропическим. Заметим, кстати, что на такой тип глобального климата приходится лишь около 20% истории планеты; в остальное время (как, например, в мезозое, 251–65 миллионов лет назад) климатическая зональность выражена слабо, и температурная разница между экваториальными и приполярными регионами фактически не выходит за пределы вариаций в рамках нынешней субтропической и теплоумеренной зон. Палеозойские тропические леса Еврамерийской области состояли в основном из гигантских споровых: плаунов, или лепидофитов (вечнозеленых многолетних трав), хвощей и различных древовидных папоротников. Именно там и обитали гигантские насекомые и многоножки. Экологическая структура этих лесов была весьма своеобразна и не имеет аналогов в современной природе: высокоствольные (до 40 метров) плауновидные и хвощеобразные растения стояли буквально «по колено» в неглубоких, переполненных органическими остатками водоемах. Но это не были болота современного типа, где деревья вырастают поверх торфяника: в карбоновом лесу корневые системы лепидофитов располагались ниже торфоподобной органической массы, а сами деревья прорастали сквозь нее и многометровый слой валежника. Основные фотосинтезирующие поверхности этих древовидных споровых составляли не листья (довольно жалкая «метелка» на самом кончике сорокаметровой «палки»), а периодически опадающая толстая зеленая кора. По аналогии с современными листопадными лесами эти карбоновые леса иногда называют «коропадными». В этой крупноскважной подстилке существовала богатая фауна членистоногих, в том числе гигантских. Считают, что все они вели амфибиотический образ жизни, сходный с обитателями современных игуапо – так называемых черноводных тропических лесов Амазонии, которые почти по полгода залиты многометровыми паводками.
Именно в приморских низменностях, занятых лепидофитовыми лесамиводоемами, и шли основные процессы углеобразования. Специалисты по лесоведению предполагают, что у лепидофитов естественное выпадение подроста (гибель деревьев) происходило, в отличие от современных лесов, не на ранних стадиях роста, а на поздних, то есть густая поросль сперва вырастает, а потом одновременно вся падает. Эти неритмичные поступления (то густо, то пусто) больших количеств мертвой органики в детритную пищевую цепь, то есть к организмам, ею питающимся, создавали существенные проблемы с ее утилизацией. С другой стороны, противоэрозионные свойства этих лесов, по сравнению с современными, были весьма слабы, а водоразделы размывались чрезвычайно интенсивно. Доводом в пользу отсутствия (или очень слабого развития) растительности на водоразделах являются частые в этот период прижизненные захоронения деревьев вместе с их корневыми системами. Такое случается при быстром выносе большой массы осадков (вроде селевого потока), которая погребает растения заживо. В итоге большой и неравномерный отпад в карбоновых лесах-водоемах при высокой эрозии (обеспечивающей его быстрое захоронение) приводил к тому, что значительная доля органического углерода безвозвратно уходила из экосистемы и превращалась в запасы каменного угля. Вот эти процессы и были причиной появления на земле насекомых-гигантов.
Иллюстрации Эльдара Закирова, Джулиуса Чотони
Кирилл Еськов
