: 10 июл 2006 , Диатомеи: строители стеклянных замков , том 10, №4

Летопись планеты по диатомеям

Э. И. Лосева: Панцири отмерших диатомей прекрасно сохраняются в ископаемом состоянии миллионы лет. Следствием бурного развития диатомовой флоры являются донные осадки, обогащенные кремнеземом. В регионах, особенно бедных кальцием, способствующим растворению кремнезема, образуются «диатомовые» породы; некоторые из них почти целиком состоят из панцирей диатомей. Древние морские диатомиты, диатомовые глины и алевриты известны во многих районах мира, местами достигая мощности в несколько сот метров.

По ископаемым комплексам диатомей можно достаточно надежно реконструировать палеогеографическую обстановку прошлых геологических эпох, если в них присутствуют виды, дожившие до наших дней. Так, проведенная сотрудниками Коми научного центра УрО РАН ревизия всех известных на европейском северо-востоке России диатомовых водорослей, как ископаемых, так и современных, дала цифру в 955 видов! В результате были реконструированы условия среды различных этапов плейстоцена – геологического периода, охватывающего последние 1,8 млн лет в истории Земли.

Особенно ценна информация, полученная с участков, где осадки накапливались непрерывно. Так образуется полная геологическая «летопись», как, например, в морях и океанах или оз. Байкал, где расшифрованная толща осадков с остатками панцирей диатомей, достигающая 600 м, охватывает временной интервал в 8 млн лет! К сожалению, большая часть видов диатомей не дожила до наших дней, поэтому их экологические характеристики устанавливаются путем сопоставления с находками других организмов, палеотемпературной, кислородно-изотопной и палеомагнитной шкалами.

Р. Кроуфорд: Сегодня диатомеи имеют первостепенное значение в исследовании динамики природной среды в прошлом и настоящем: изменений климата, катаклизмов (вулканических извержений и цунами), антропогенного влияния...

Эти хронологии невозможно было бы расшифровывать, если бы клеточные стенки диатомей были похожи друг на друга, однако их морфологическое разнообразие, к счастью, огромно.

При исследовании донных осадков морфологический анализ необходим, поскольку разные виды диатомей предпочитают разные условия обитания. Проще говоря, легко различить образцы морского планктона и дождевой лужи, но изменения видового состава разных слоев осадков, вызванные, например, небольшими изменениями кислотности среды, может распознать только опытный взгляд.

Тем не менее биостратиграфы давно используют отложения диатомей для восстановления геологической истории водоемов. Наиболее впечатляющими выглядят реконструкции прошлого, связанные с началом индустриальной революции, повлекшей загрязнение атмосферы и закисление озер и рек. В последнее время основное внимание ученых обращено к диатомовым как биоиндикаторам температурных изменений в прошедшие эпохи.

Диатомовый хронограф

А. Ю. Гладенков

Лучшие результаты в расшифровке геологических событий с помощью диатомей получены при работе с морскими отложениями кайнозоя, возраст которых моложе 45 млн лет – именно к этому времени диатомовые «обжили» Мировой океан. Показательным примером служат исследования истории формирования Берингова пролива.

Напомним, что на протяжении около 100 млн лет Евразия и Северная Америка были соединены сухопутным Беринговым мостом, т. е. самая северная часть Тихого океана представляла собой гигантский морской залив. И образование пролива, связавшего арктический и тихоокеанский бассейны, значительно повлияло на климат и развитие сообществ во всем Северном полушарии.

Оценки возраста первого открытия пролива, сделанные на основе находок ископаемых моллюсков рода Astarte, варьировали в пределах от 3,5—4,4 млн лет, однако определить их точный возраст до последнего времени не удавалось. И вот недавно при изучении разреза Сэнди Ридж на п-ове Аляска нам удалось установить точное стратиграфическое положение остатков наиболее древних астарт, поскольку в образцах был впервые обнаружен микропланктон – древние морские диатомеи. Эти находки, позволившие точно датировать возраст пролива, «состарили» последний более чем на миллион лет: оказывается, Евразия и Северная Америка разделились 5,5—5,4 млн лет назад.

Диатомеи в Арктике: идеальные свидетели

Джон П. Смол, Мэрианн С. В. Дуглас

Экосистема Арктики особенно чувствительна к изменениям внешней среды, в том числе климата. Ведущую роль в его изменении играет снижение альбедо – способности земной поверхности отражать солнечные лучи, происходящее за счет уменьшения площади снеговых и ледовых покровов. Суша и воды в результате этого «подогреваются», и процесс потепления климата, в свою очередь, ускоряется – возникает положительная обратная связь. Потепление Арктики – серьезная, по-настоящему глобальная проблема.

Неудивительно, что не только ученые и политики, но и обычные люди заинтересованы в получении надежных данных об изменении климата в северных широтах. Но подобных долговременных наблюдений здесь крайне мало – например, на огромных просторах Канадской Арктики в течение последних 50 лет работало лишь несколько метеостанций.

Косвенными индикаторами изменений природной среды могут служить годовые кольца деревьев и наросты кораллов, прослойки в ледовых кернах и отложениях пещер… Но наиболее продуктивна в этом смысле палеолимнология, изучающая физические, химические и биологические индикаторы, захороненные в осадках озер и рек.

Анализ самых разных информационных «носителей» – от останков водных организмов до частиц почвы и пыльцевых зерен – может дать удивительно ясную летопись изменения природной среды.

Чаще всего изучают осадки озер и других спокойных акваторий, где осаждение происходит упорядоченно и осадок в дальнейшем не перемешивается. Отобранный керн датируют с помощью методов геохронологии: для изучения молодых осадков (возраста 100—150 лет) используют радиоактивные изотопы свинца и цезия, для более древних – радиоуглеродную методику.

Если говорить о биологической информации, то существующая в озере жизнь всегда оставляет следы в виде определенных объектов, таких как створки диатомовых водорослей или ископаемые пигменты, с помощью которых ученые расшифровывают широкий спектр показателей состояния природной среды. И диатомовые водоросли в этом смысле являются одними из наиболее идеальных и часто используемых носителей информации из прошлого.

Во многих озерах Арктики диатомеи выступают в качестве доминантов среди водорослей. В высоких широтах даже в «теплые годы» воды остаются достаточно холодными. Некоторые озера иногда круглый год остаются покрытыми льдом, по краю которого появляются лишь узкие проталины. В «теплые годы» лед, напротив, успевает за короткое лето растаять полностью.

Диатомеи чутко откликаются на все эти изменения. В случае мощных ледового и снежного покровов планктонные диатомеи, обитающие в открытых водах, подавляются, поэтому большая часть «жизни» концент­рируется на мелководье, под проталинами. По мере таяния льда более конкурентоспособными становятся глубоководные сообщества водорослей.

Реконструкция ледовых режимов по составу диатомей – лишь один из многих подходов к расшифровке изменений климата. О последних можно судить также по происходившим в прошлом перемещениям границы лесов, поскольку хвойные деревья могут влиять на структуру озерных сообществ диатомей: вода, проходя через слои опавшей хвои, окрашивается органическими веществами, как при заваривании чая, в результате чего условия обитания водорослей меняются.

Помимо изменения освещенности методами палеолимнологии может быть выявлена динамика и других характеристик водоемов – изменения потока питательных веществ, трансформация мест обитания (например, появление и исчезновение мхов – субстратов, к которым прикрепляются водоросли) и т. п.

Палеолимнологические подходы могут быть использованы для расшифровки, помимо климатических, широкого спектра других изменений обстановки в Арктике. Например, нерка (арктический лосось) – важнейший компонент экосистем побережья Тихого океана – в своем жизненном цикле проходит два этапа. В пресноводных озерах она откладывает икру, здесь же в течение двух-трех лет подрастают мальки. Затем нерка «скатывается» в океан, где и нагуливает до 95 % своего веса. Возвращаясь обратно (с удивительной точностью!), она откладывает икру и умирает. В озерах, служащих одновременно питомниками и кладбищами, регулярно разлагаются миллионы закончивших размножение рыб, освобождая огромное количество питательных веществ. А диатомеи, кстати, являются прекрасными индикаторами концентрации биогенных элементов. Аналогичные подходы можно использовать для слежения за другими группами северных животных, например, за птицами-глупышами.

Таким образом, диатомовая летопись северных широт может быть интересна самым разным специалистам, включая историков, и даже рыбакам. Безусловно, точно такие же подходы можно применить в палеолимнологических исследованиях и в Южном полушарии, в Антарк­тике.

Охотники за палеоцунами

Т. А. Гребенникова

Цунами – одно из наиболее грозных природных явлений, приносящее невосполнимые потери и огромный экологический и материальный ущерб. Прогнозировать подобные катастрофы крайне сложно. Тем не менее изучение следов цунами, происходивших в доисторическом прошлом, позволяет проследить частоту появления самых разрушительных из них, направление удара морской волны и дальность ее проникновения в глубь суши, установить степень влияния на естественный ход развития природных экосистем. Наиболее информативным методом для этих целей служит анализ диатомовой флоры.

Следы древних цунами лучше всего выявляются в торфяниках – настоящих природных «ловушках» для поступающего извне материала. Например, при изучении прослоев песка в торфяниках в центральной части о. Кунашир (Большая Курильская гряда) на расстоянии 1 км от берега было обнаружено шесть прослоев цунамигенного песка, содержащих наряду с пресноводными и большое количество морских диатомей, включая обитателей открытого океана. Причиной их появления были мощные морские наводнения, проникающие далеко в глубь суши, – последствия действия цунами.

Результаты анализа диатомового комплекса свидетельствуют, что цунами оказывали заметное влияние на некоторые экологические параметры среды – например, типичная для болотной системы кислотная среда становилась более щелочной. Удалось получить сведения и о конфигурации древней береговой линии. Исследования осадков палеоцунами на о. Зеленом (Малая Курильская гряда) с низким уплощенным рельефом показали, что во время наиболее сильных цунами волна почти полностью затапливала остров.

: 10 июл 2006 , Диатомеи: строители стеклянных замков , том 10, №4