Введение к работе
В 60-ых годах нашего столетия на основе статистического іализа гидроакустических данных было показано, что на дне Ти-эго океана существуют не менее 10 000 вулканических сооружений
по масштабам интенсивность извержений подводных вулканов то-ько в юго-западной части Тихого океана в несколько сот раз бо-ьше активности вулканизма на материках (Менард, 1966; Зеленов, Э72). Несколько позже была сделана попытка определить посту-иение углеводородных соединений, преимущественно нефти, со дна «анов, эта величина оценивалась в 0,2-6'Ю6 тонн (Wilson et L, 1974).
Эти сведения, равно как и находки погонофор с эндосимбиоти-зскими бактериями в разных районах Мирового океана два-три де-ітилетия назад, не привлекали внимание морских биологов, так эк казались явлениями мало связанными друг с другом.
Однако с февраля 1977 года, когда американская экспедиция с ^дна на подводном обитаемом аппарате "Алвин" у Галапагосских :тровов на глубине 2,5 км обнаружила действующие гидротермаль-іє излияния, явления подводного вулканизма оказались в центре пшания многих наук о Земле. В наибольшей степени это открытие гало сенсационным для биологов, так как вокруг источников бы-1 зафиксированы скопления необыкновенных донных беспозвоноч-и, в том числе вестиментифер - животных, которые по многим зрфологическим признакам сходны с погонофорами (Иванов, 1952; >rliss, Ballard, 1977; Corliss et al., 1979).
За 17 лет интенсивных исследований глубоководных гидротерм элыпим числом морских экспедиций из США, Франции, Канады, Гер-ании, России, Японии, Англии и Дании на дне океанов на глуби-5 более I км открыты тысячи гидротерм и холодных просачиваний "леводородных растворов. Они представляют уникальное явление, зучение которого коренным образом изменяет сложившиеся ранее эедставления о развитии нашей планеты, формировании рудных и эфтяных месторождений, составе, функционировании глубоководых габществ организмов и биогеохимических процессах в мировом сеане (Spies et al., 1980; Edmond, Von Damm, 1983; Jannasch, 384, 1985; Baker, Massoth, 1986; Rona et al., 1986; Кузнецов др., 1987; Виноградов, Монин, 1987; Leln et al., 1988; Hydro-
- 2 -'
thermal vents, 1988; Лисицин и др., 1989; Геологическое
ение , 1990, Галкин, Москалев, 1990; и многие другие).
Потоки гидротермальных растворов и просачиваний углевод ных растворов существенно влияют на газовый и химический с морских вод и донных осадков в районах выходов источник этих зонах на основе хемосинтетической продукции бактерий мируются сообщества животных, у которых обнаружены неожид физиолого-биохимические адаптации к существованию в экстре ных условиях среды (Jannasch, 1985; Grassle, 1986; Chlldre al, 1986, 1987; Виноградов, Монин, 1987; Hessler et al., Le±n et al., 1988; Somero et al., 1989; Tunnicliif, 1991). Вместе с тем еще до открытия зон современной глубокові гидротермальной деятельности вулканологам, геологам и гео: кам были известны проявления вулканической активности в і режной полосе и на шельфе и изучены некоторые газовые и : ческие характеристики подводных вулканических источников ленов, 1967; Бутузова 1969; Duncan, PantIn, 1969; Зел 1972; Ferguson, Lambert, 1972; Мархинин, Стратула, 1977; щенко, 1979; Страхов, 1979; Зеленов, Иваненков, 1982; Сгопал, 1983). Однако биологические исследования в таких ] нах океанов были фрагментарны и касались лишь отдельных фа; тических описаний (Кусакин, 1976; Gallarcto et al., 1977 кин, 1979а).
Таким образом, актуальность настоящей работы была опреді отсутствием сведений о том, что происходит в морских при( ных экосистемах в районах современной гидротермальной актиі ти и необходимостью комплексных исследований этого явления, были начаты с 1985г., когда в б.Кратерной (вулкан Ушишир, ( кича, Курильские о-ва) вокруг выходов сублиторальных газоп терм были обнаружены скопления бактерий и бентосной фауны расов и др., 1985; 1986) и продолжены в других мелководных канических районах Тихого океана (Тарасов и др., 1993).
Целью настоящей работы является выявление закономернс состава, структуры и функционирования биоты в условиях ме водной вулканической деятельности и специфических особеннс во взаимодействии микрофлоры морских прибрежных экосист продуктами газогидротерм.
Для этого необходимо было решить следующие задачи:
-
Изучить физико-химические характеристики гидротермальных істем действующих вулканов и провести сравнительный анализ эчественного и количественного состава газогидроротерм в раз-етных широтах островных дуг западной окраины Тихого океана.
-
Выявить сходство и отличия в составе морской среды и дон-IX осадков в разных акваториях островных дуг в условиях пото-)в тепла, вулканических газов и соединений.
-
Провести сравнительный анализ состава, структуры и форми-даания сообществ животных и растений в водной толще и на дне і разных районов современного вулканизма западной части Тихого :еана.
-
Установить общие черты взаимодействия микрофлоры с про-ктами вулканической деятельности.
-
Дать характеристику продукционно-деструкционным процессам рских экосистем в зонах влияния газогидротерм.
-
Показать сходство и различия структурных и функциональных рактеристик морских экосистем зон мелководного вулканизма с ковыми вне зон вулканической активности, а также сообщества-
глубоководных гидротерм. Положения выносимые на защиту.
(1) Влияние современной вулканической активности на мел-
водные морские акватории тлеет сходный характер и не зависит
географического расположения таких районов в океане. Измене-я в физико-химических характеристиках морских вод и донных адков в районах мелководного вулканизма зависят от дебита га-гидротерм, их количества, занимаемой ими площади, степени от-атости или замкнутости акватории, водообмена и глубины в рай-
-
Два источника энергии - солнечный свет (фотосинтез) и зкции окисления восстановленных продуктов газогидротерм (хе-шгаез) в водной толще и на дне определяют высокие уровни ітеза первичного органического вещества.
-
Сообщества одноклеточных и многоклеточных организмов, змирующие поселения с высокой плотностью и биомассой, и функ-шальные характеристики морских экосистем районов мєлкоеодно-вулканизма имеют ряд особенностей и отличаются от таковых ) зон вулканизма и районов глубоководных гидротерм.
Научная новизна. Впервые проведен многосторонний анализ и делены специфические особенности морских экосистем, находявд в районах мелководной газогидротермальной деятельности. Их ь но охарактеризовать как высокопродуктивные районы окег первичная продукция которых обеспечивается двумя источник энергии и внешним потоком минеральных веществ; большинство дов организмов являются вселенцами из окружающих вод или вщ оппортунистами. В зависимости от длительности поствулканичес процессов, водообмена в районах вулканизма и состава газогщ терм роль каждого из двух процессов синтеза органического ве ства (фото- и хемосинтез) может изменяться. По структурны функциональным характеристикам такие экосистемы являются прс жуточными между высокоспециализированными глубоководными тщ термальными сообществами и экосистемами, характерными для тической зоны океанов.
Теоретическое и практическое значение. Результаты исследс ний демонстрируют реакции биологических сообществ на потоки пла, вулканических газов и соединений и показывают, что ав трофные организмы в зонах мелководных газогидротерм акти включают в трофические цепи морских экосистем неорганичес вещества из гидротерм в виде минеральных веществ и интенси используют энергию восстановленных вулканических соединени газов.
Морские экосистемы в районах прибрежного вулканизма мо рассматривать как аналоги природных моделей теплового и тех генного загрязнения прибрежных акваторий океанов. Моделирова биогеохимических процессов (подобных исследованным в вулкани ских бухтах) может дать основание к разработке и созданию фективных искусственных экосистем для преобразования продук человеческой деятельности в органическую биомассу и развитию этой основе новых морских технологий.
Оценки относительной активности хемосинтезирующих бакте свидетельствуют, что для микроорганизмов необходим достато высокий и постоянный приток восстановленных соединений. Та оценки можно использовать как индикатор обнаружения и с тава газогидротерм на дне морей и океанов. Высокие уро окисления метана указывают также на то, что продукты вулкани достаточно быстро окисляются бактериями, и это следует учи
іть при анализе абсолютных концентраций растворенных углеводо->дных газов в воде в прогнозах месторождений нефти и газа в :адочных чехлах шельфа.
Апробация работы. Материалы диссертации докладывались и об-'ждались на заседании Президиума Далневосточного научного інтра (Владивосток, 1985), сессии годичного общего собрания деления общей биологии АН СССР (Москва, 1986), III съезде со-ітских океанологов (Ленинград, 1987), II Тихоокеанском между-іродном симозиуме по морским наукам (Находка, 1988), III Все-іюзной конференции по морской биологии (Севастополь, 1988), IX їждународной конференции по происхождению жизни (Прага, 1989), іенуме Научного совета по проблемам гидробиологии, ихтиологии использования биологических ресурсов водоемов (Москва, 1989), : Международном симпозиуме по биогеохимии окружающей среды [осква, 1989), заседании Президиума АН СССР (Москва, Г990), а «же семинарах и научных конференциях Института биологии моря :0 РАН (І99І-І994).
Публикации. Основные материалы диссертации содержатся в 29 чатных работах.
Объем и структура диссертации. Диссертация изложена на 465 раницах машинописного текста, содержит 52 рисунка и 77 таб-ц. Она состоит из введения, 9 глав, выводов и списка литера-ры, включающего 195 работ из отечественных и 193 публикации
зарубежных изданий.
