: 29 июн 2009 , Ядерная топка Земли , том 27, №3

Многоголосый шепот Узона

На слух Узон воспринимается как многоголосое шептание: это поют крошечные парогазовые струи, со свистом и шипением вырывающиеся из недр на волю.

Кальдера этого затухающего вулкана – как чаша, сверкающая разноцветными красками среди суровых холодных гор, где парят теплые источники и бродят непуганые медведи. Именно здесь снимали фильм по известному роману Обручева «Земля Санникова»; туристы-экстремалы из разных стран сегодня готовы платить большие деньги и сутками ждать вертолета, чтобы хотя бы на пару часов попасть в этот труднодоступный, но такой манящий уголок Камчатки.

Но фантастический, затерянный на краю света мир не только Мекка для любителей природы, но и естественная лаборатория, притягательная для ученых, занимающихся проблемами происхождения жизни

Вулкан – одно из самых впечатляющих проявлений могучих сил природы – всегда рождает желание разобраться, каким образом работает эта природная лаборатория, где происходят во многом еще не познанные процессы выноса и трансформации глубинной энергии и вещества Земли.

Но человеку опасно находиться вблизи кратера активного вулкана: интенсивность его извержения непредсказуема, а температура лавы превышает 1000 °С; возможны выбросы ядовитых газов, горячего пепла. Другое дело – затухающие вулканы, чьи магматические очаги еще достаточно горячи, чтобы прогреть периферийные районы и питать теплом гидротермальные системы в течение десятков тысяч и даже миллионов лет. Такие объекты – излюбленное место работы вулканологов, геологов и биологов.

Одной из уникальных современных рудообразующих гидротермальных систем нашей планеты является кальдера затухающего вулкана Узон, которая расположена в поясе действующих вулканов Восточной вулканиче­ской зоны Камчатки. Она находится всего лишь в 80 км к северу от Петропавловска-Камчатского, но попасть туда непросто…

Камчатский оазис

Первые публикации о горячих источниках Узона появились после экспедиций под руководством Карла фон Дитмара, организованных Российской академией наук в 1851–1855 гг. Кальдера Узона произвела на Дитмара неизгладимое впечатление: «Мы остановились на краю старого колоссального кратера. Здесь, в области снега и полного отсутствия растительности, словно какое-то чудо, развернулась перед нами исполинская котловидная долина, из глубины которой нам улыбнулась сочная зелень роскошной растительности».

С вертолета кальдера смотрится гигантским сказочным ковром размером 9 ⨉ 12 км, где голубыми блюдцами выделяются многочисленные крупные и мелкие озера. Как седобородые джинны, стоят султаны пара над кипящими источниками. Всюду змеятся ручейки горячей воды, окрашенные примесями минеральных солей и колониями бактерий и водорослей во все цвета спектра.

Кальдера расположена в западной части крупной Узон-Гейзерной вулканотектонической депрессии, названной по двум структурам, ее составляющим, включая открытую через 100 лет после экспедиции Дитмара Долину Гейзеров.

Кальдера Узона – достаточно древнее образование. Около 370–750 тыс. лет назад на месте современной депрессии существовал крупный щитовой вулкан. Во второй половине среднего плейстоцена в результате взрывной деятельности в восточной части вулканического сооружения образовался гигантский кратер, из которого изливались мощные потоки стекловатого, кислого по составу материала. Оставшаяся в кратере лава вспенилась, образовав пемзовые отложения на востоке кальдеры.

Современный облик кальдеры сформировался около 40 тыс. лет назад после мощных подвижек сбросового и раздвигового характера.

На дне горячей чаши

Дно кальдеры представляет собой довольно пло­скую низину, поднятую над уровнем моря на 650 м. Борта, сложенные черными базальтами, поднимаются вверх еще на 500–950 м. Далеко на юге отчетливо синеет вулканический массив Зубчатка. Есть верная примета: когда его островерхий гребень не затянут облаками – можно не бояться ухудшения погоды.

В широтном направлении кальдера рассекается серией тектонических разломов, по которым на поверхность выходят горячие растворы. Своим теплом они прогревают окрестные породы, благодаря чему в узкой, шириной не более 200–400 м, полосе кальдеры на протяжении 1,5–3 км практически не бывает снега. Озера с голубоватой и зеленоватой теплой водой привлекают уток, нередко остающихся здесь на зимовку.

На прогретых частях кальдеры, называемых термальными полями, – сотни мелких парогазовых проколов, бессточных воронок, грязевых котлов и грифонов с бурлящей водой. Суммарный вынос тепла естественными теплоносителями составляет 70 тыс. ккал/с. Температура воды в больших источниках достигает 96 °С, что соответствует точке кипения на высоте 650 м. Источники интенсивно парят перед плохой погодой, предваряющейся понижением атмосферного давления. В мелких лужицах-кратерах слышится бульканье кипятка, в более крупных выходах – уханье периодически вздымающихся фонтанов воды или жидкой грязи.

С юга к парящей равнине подходит топкая, заболоченная тундра с участками сухих полян, обильно заросших ягодником – голубикой, жимолостью и шикшей. На востоке и северо-востоке дно кальдеры несколько повышено. Здесь и на невысоких холмах остальной части кальдеры растет вечнозеленый кедровый стланик. В центральной части чаши виднеются группы прямоствольных берез и камчатских сероватых каменных берез с изогнутыми, подагрически обезображенными наростами ветвями.

В северном секторе кальдеры находятся пять термальных полей. Самым крупным по площади и мощным по выносу тепла является Восточное, протянувшееся на 1,5 км в широтном направлении. Это излюбленное место исследований для вулканологов и биологов. Здесь, прямо на берегу ручья, стоит их приют. Несколько лет назад старое здание стационара закончило свой век, а вместо него выстроено новое.

Восточное термальное

Восточное термальное поле начинается с озера Банное. Его глубокая чаша наполнена мутной серовато-белесой водой чрезвычайно комфортной температуры (39—45 °С). Благодаря наличию радона купание в озере успокаивает нервную систему: дневная усталость снимается мгновенно, переходя в приятную истому.

Конфигурация самого водоема и характер береговых отложений дают основания считать, что озерная воронка образовалась в результате взрыва. В июле 1989 г. на Банном озере произошел новый взрыв. Оказалось, что в озере существует ложное дно на глубине 32 м – корка расплава самородной серы.

Центральная часть поля представляет собой плоскую низину, покрытую мелкозернистым гравием темного цвета – обломками шлаков, базальтов, кусочками пемзы. Во множестве крупных и мелких воронок бурлит горячая вода и грязь – суспензия глинистых минералов. Большая часть воронок – бессточные; хотя температура воды в них не превышает 70–80 °С, она «кипит» за счет выделения вулканических газов.

Рядом с воронками с прозрачной водой соседствуют грифоны с мутной и грязевые котлы. Иногда воронки сливаются друг с другом, образуя систему «блюдец» с тонкими перемычками. Грунт в таких местах очень зыбкий, а под ним на глубине уже первых десятков сантиметров температура превышает 100°С. Неосторожные путешественники часто попадают в беду, провалившись в жидкую глину: выбраться трудно, а жар быстро -становится нестерпимым даже сквозь резиновые сапоги. Неизменное правило исследователей – ходить в этих местах в высоких резиновых сапогах большего размера, которые можно быстро сбросить.

Северный борт термального поля представляет собой высокую террасу, где обильно растут ягодники. Непосредственно у термального поля борт террасы расчленен на пологие бугры, южные стороны которых лишены растительности. Они сверкают на солнце мокрыми глинистыми боками с разноцветными разводами и тонкими, зонально окрашенными кольцами, в центре которых видны мелкие отверстия, по которым просачивались растворы. На глинистых склонах встречаются глубокие (до 1,5—2 м) провалы, где плюхает и бурлит перемешиваемая газами густая глинистая масса.

На возвышенных участках видны развалы туфов с обильным содержанием кристаллической серы желто-зеленого цвета – серные бугры. Когда-то здесь интенсивно выходили парогазовые струи с сероводородом. Кое-где они встречаются и сейчас, образуя своеобразные башенки и натеки серы желтовато-белого цвета. Обнаженная, лишенная растительности поверхность в центре поля испещрена массой крупных и мелких воронок, блюдцеобразных грифонов, грязевых котлов. Особо выделяется громадная парящая поверхность Хлоридного озера, названного так за хлоридно-натриевый состав своих вод.

Обычно медведи приходят сюда в апреле-мае. В это время повсюду еще лежит снег, а в кальдере уже зеленеет трава – деликатес при весенней бескормице.
Звери с большим достоинством и явным удовольствием разгуливают по теплой узонской земле. Медведицы приносят потомство в январе и весной выводят из берлог «в свет» совсем еще крохотных медвежат, обычно двух или одного. На Узоне они чувствуют себя в полной безопасности.

При приближении человека к семейству самка не спеша уводит детенышей, четко контролируя безопасное расстояние. И горе тому, кто переступит условную линию границы: медведица может счесть ситуацию опасной для детей – а при всей своей видимой неуклюжести этот зверь массой около 400 кг легко развивает скорость до 55 км/ч.
Поэтому приближаться к мирно пасущимся в ягоднике животным не рекомендуется. У фотографов-профессионалов, публикующих снимки медведей, сделанные с очень близкого расстояния, есть свои секреты. Обычно в объектив попадают самцы, всецело занятые рыбной ловлей. При этом фотографа все время страхует сотрудник заповедника с винтовкой. Фотографы-любители действуют на свой страх и риск. Мы встретили семью фотографов, где один вел съемку медведя-самца, а второй держал наготове баллон с отпугивающим газом размером с автомобильный огнетушитель...
Максимальное число медведей, которое нам удалось наблюдать в кальдере Узона, насчитывало 11 особей, включая малышей. Медведица пасет молодежь два года. Потом она отпускает их в «большой мир», и цикл повторяется.
Но бывают и отклонения от правила: в 2008 г. мы встретили на Узоне знакомого молодого мишку, живущего там уже третий год и получившего за свой неопрятный вид и нрав кличку Поганец. Медведицы его тоже не очень уважают и при случае дают мощные оплеухи. Поганец удирает от разгневанных мамаш прямо по термальным полям, не обращая внимание на горячие лужи.
Вообще камчатские медведи очень миролюбивы. Что и неудивительно: в местном животном мире они самые сильные, и естественных врагов у них нет. Опасность для человека таит лишь неожиданная встреча с животными. Медведи могут расценить это как покушение на их территорию или помеху для своих занятий – рыбной ловли или послеобеденного отдыха. Поэтому, передвигаясь в высоком кедровом стланике, лучше заранее выдать себя шумом, свистом или песней.
Медведи, пасущиеся в разноцветной голубично-бруснично-шикшевой тундре, стали неотъемлемой частью пейзажа кальдеры. Люди стараются не тревожить их, и они отвечают снисходительным равнодушием, как и подобает подлинным хозяевам Узона.

В западной части Восточного термального поля расположен Нефтяной участок. Если здесь выкопать ямку глубиной 20—30 см, она заполнится горячей водой, на поверхности которой начнут всплывать маслянистые капельки. Нефтяной участок можно найти и по медвежьим следам: считается, что звери избавляются от назойливых паразитов, катаясь по нефтеносной земле.

А вот стайки уток облюбовали не замерзающее зимой теплое озеро Утиное, спрятавшееся под бугром, заросшим высокими и довольно стройными для этих мест березами. Здесь с берега в воду свешиваются вечнозеленые плети кедрового стланика и отражаются в спокойной озерной глади, придавая ей зеленый оттенок и какую-то колдовскую загадочность...

Жизнь в кипятке

Вопрос о происхождении жизни и ее дальнейшей эволюции на Земле не теряет своей актуальности в научной среде.

Как известно, наша планета на ранних стадиях развития представляла собой огненный, постепенно охлаждающийся объект. Учитывая потенциальное «бессмертие» первых обитателей Земли – микроорганизмов, размножающихся простым делением, не вызывает сомнения предположение, что изучение этих «живых ископаемых» может открыть новые грани развития жизни. Такими ископаемыми, безусловно, являются ныне здравствующие термофильные бактерии и архебактерии – живая память о горячем прошлом нашей планеты.

Нужно заметить, что явление термофилии присуще исключительно низшим одноклеточным организмам. Причем если в какой-либо систематической группе мы обнаруживаем термофильный вид, то с большой вероятностью он оказывается наиболее близким к «прародителям». Камчатка и одна из ее жемчужин – кальдера Узона – уникальное место для проведения подобных исследований.

Горячие, насыщенные вулканическими газами воды источников – местообитание целого ряда специфических микроорганизмов. Нужно сказать, что в зависимости от условий внешней среды микроорганизмы способны впадать в состояние, подобное анабиозу, причем их жизнедеятельность может затухать на сотни тысяч и даже миллионы лет! Эти невесомые создания могут переноситься ветром на любые расстояния. В результате появление новых или возвращение к старым условиям приводят к бурному росту микробных сообществ. Так, выброшенный вулканами пепел стерилен лишь в течение короткого периода после извержения: единичные микробы обнаруживаются в нем уже после первого дождя!

Благодаря использованию специально разработанных в Институте химической биологии и фундаментальной медицины СО РАН олигонуклеотидных зондов, позволяющих оценить «родство» бактерий по гену их рибосомного белка (16S рРНК), удается быстро проводить оценку разнообразия микроорганизмов, не прибегая к традиционному культивированию. Кроме того, с помощью схожих методик можно идентифицировать организмы, обладающие новыми важными свойствами, – например, способностью продуцировать термостабильные ферменты, которые сегодня широко используются в биотехнологических целях.

Анализ микроорганизмов, ежегодно собираемых на Узоне, выявил по меньшей мере две тенденции. Во-первых, термофильные микробные сообщества кальдеры меняются в зависимости от изменения внешней среды; постоянно обнаруживаются все новые и новые таксоны. Во-вторых, существует определенный набор даже не организмов, а реликтовых генных систем, которые постоянно циркулируют в этих специфических условиях, обнаруживаясь то у одного, то у другого бактериального штамма.

И запах серы...

При первом знакомстве с кальдерой Узона поражает специфический запах сероводорода, иногда настолько сильный, что некоторые путешественники на несколько суток лишаются сна. Узон – великолепный полигон для исследований круговорота серы как необходимого элемента живой материи.

Сера обладает переменной валентностью, поэтому может образовывать широкий спектр самых разнообразных соединений. Циклические превращения серы происходят в основном благодаря окислительным и восстановительным реакциям. Но если первые могут протекать чисто «химическим» путем, то вторые – преимущественно с участием бактерий. В систематиче­ском отношении группа бесцветных серных бактерий, объединенная по физиологическим признакам, весьма разнообразна, и далеко не все из описанных ныне видов и даже родов можно считать твердо установленными.

В последние десятилетия природный цикл серы подвергается усиливающемуся антропогенному воздействию, что приводит к накоплению токсичных соединений серы и нарушению ее природного баланса. И серные бактерии представляют собой не только бесценный по значимости объект эволюционных исследований, но и единственный фактор, способный обеспечить замкнутость цикла этого важнейшего химического элемента.

Серных бактерий на Узоне много: хотя сами бактерии малы, их массовые скопления в виде пленок и косм хорошо видны в прозрачной воде горячих ручьев.

В горячих источниках кальдеры широко распространены и цианобактерии – первые фотосинтезирующие организмы на планете. Эти низшие одноклеточные организмы, которые не совсем точно называют сине-зелеными водорослями, как и высшие растения, на свету продуцируют кислород. На Узоне они покрывают тонкими пленками поверхность термальных источников, являясь своеобразными фильтрами, не пропускающими в атмосферу некоторые газы (например, метан и углекислоту).

Сегодня в кальдере вулкана Узон выделено девять эталонных площадок для изучения биоразнообразия его микроскопических обитателей. Исследователи надеются найти здесь не только новые бактерии – «помощников» человечества, но и свидетельства древнейших этапов зарождения и эволюции земной жизни.

Ведь стоит ступить на горячую землю остывающего вулкана и увидеть мощные столбы пара от горячих источников и гейзеров, клокочущие грязевые котлы, насыщенные минералами разноцветные ручьи среди яркого пестроцветия изверженных пород – и веришь, что именно такой была наша планета в самом начале начал.

Литература

Власов В. В. Фонтаны Затерянного мира // Наука из первых рук. – 2007. – № 1. – С. 118—123.

Власов В. В., Репин В. Е. Репортаж из Долины Смерти // Наука из первых рук. – 2009. – № 2. – С. 76—89.

Репин В. Е., Дейнека Е. В., Симонов А. Н., Пестунова О. П., Колчанов Н. А., Власов В. В., Прокопкин И. Г. Путеше­ствие в горячую точку // Наука из первых рук. – 2007. –№ 1. – С. 98—117.

Репин В. Е., Власов В. В. Путешествие в невидимый мир // Наука из первых рук. – 2007. – № 4. – С. 56—69.

Экспедиция частично финансировалась по проектам Президиума СО РАН

Авторы благодарят руководство Кроноцкого государственного биосферного заповедника и лично Т. И. Шпиленка за помощь в решении административных и организационных вопросов

: 29 июн 2009 , Ядерная топка Земли , том 27, №3