Коралловые рифы: виды, роль, экологические проблемы и защита
Коралловые рифы являются известковыми органогенными геологическими структурами. В основном они состоят из кораллов, которые образуются с помощью маленьких беспозвоночных морских животных. Отдельный коралл, также называемый полипом, имеет цилиндрическую форму с экзоскелетом. Экзоскелеты дают каждому полипу твердое внешнее тело, похожее на горную породу. Кораллы вырабатывают карбонат кальция из своих тел. Поскольку кораллы остаются неподвижными, отдельные полипы группируются вместе. Они образуют колонии, позволяющие выделять карбонат кальция и формировать новые рифы.
Кораллы зависят от водорослей и в свою очередь, водоросли получают убежище в коралловых рифах. Живые кораллы и водоросли образуются ближе всего к поверхности воды поверх старых, умерших кораллов. Они выделяют известняк в течение своего жизненного цикла, который помогает развивать рифы. Поскольку кораллы нуждаются в водорослях, чтобы выжить, они в большей степени распространены в спокойных, неглубоких, чистых водах, где есть достаточное количество солнечного света.
Коралловые рифы образуются в водах, с преобладающими теплыми океаническими течениями, что в значительной степени ограничивает их распространение не более чем на 30° с. ш. и ю. ш. Морская жизнь бурно развивается вдоль рифов, делая их одними из самых разнообразных экосистем в мире. В целом коралловые рифы привлекают почти четверть видов живых организмов Мирового океана.
Типы коралловых рифов
Некоторые коралловые рифы формируются тысячелетиями. В течение этого времени они могут развиваться в несколько разных форм в зависимости от местоположения и окружающих геологических особенностей. Выделяются 4 основных типа коралловых рифов:
Функции коралловых рифов
Коралловые рифы имеют несколько различных функций. Они помогают предотвратить вымывание осадочных пород и повреждение береговой линии. Коралловые рифы действуют как физический барьер, который помогает создать более здоровую, защищенную среду обитания вблизи побережья. Они также улавливают углекислый газ, что помогает создать условия для морского биоразнообразия. Коралловые рифы также имеют экономические выгоды для близлежащих населенных пунктов. Их собирают для производства медикаментов и ювелирных изделий. Экзотические виды рыб и морские растения отлавливают для содержания в аквариумах. Также великолепная подводная жизнь коралловых рифов привлекает туристов со всего мира.
Экологические угрозы для коралловых рифов
Многие коралловые рифы столкнулись с явлением, известным как отбеливание, при котором кораллы становятся белыми и умирают после исчезновения водорослей. Отбеленный коралл слабеет и в конечном итоге умирает, что приводит к гибели всего рифа. Точная причина отбеливания остается неясной, хотя ученые предполагают, что оно может быть непосредственно связано с изменениями температуры моря. Глобальные климатические явления, такие как Эль-Ниньо и изменение климата, повысили температуру Мирового океана. После событий Эль-Ниньо в 1998 году примерно 30% коралловых рифов были окончательно потеряны к концу 2000 года.
Седиментация также создает угрозу коралловым рифам во всем мире. Хотя они образуются только в чистых водах, эрозия почвы из-за добычи полезных ископаемых, сельского/лесного хозяйства приводит к тому, что реки переносят осадки в океан. Естественная растительность, такая как мангровые заросли, произрастающая вдоль водных путей служит барьером для осадков. Потеря среды обитания из-за строительства и развития населенных пунктов увеличивает количество осадков в море.
Пестициды также проникают в океан через сток из сельскохозяйственных земель, что увеличивает количество азота в море, в результате чего кораллы болеют и умирают. Небрежные методы управления, такие как чрезмерный промысел и бесконтрольная добыча кораллов, также нарушают хрупкие морские экосистемы.
Сохранение и восстановление коралловых рифов
Одно из предложений по спасению коралловых рифов – это стремление заботиться о них, как о саде. Введение растений для удаления осадков и чрезмерного роста водорослей может помочь временно сохранить экосистемы коралловых рифов в равновесии. Сокращение стока пестицидов с полей также способно помочь снизить уровень азота в море. Уменьшение выбросов углекислого газа от деятельности человека способно улучшить общее состояние коралловых рифов.
КОРАЛЛОВЫЕ РИФЫ
КОРАЛЛОВЫЕ РИФЫ, сооружения из органогенных известняков, расположенные близ уровня моря или на небольших глубинах в прибрежной зоне тропический морей либо в мелководных теплых морях. Они представляют собой массивные отложения кальцита (известняка), образовавшегося из скелетных остатков некоторых колониальных морских организмов – растений и животных, – среди которых выделяются мадрепоровые кораллы и кораллиновые водоросли. Кроме этих двух доминирующих групп рифообразующих организмов, в сложении рифов существенна доля и других видов животных и растений – моллюсков, губок, фораминифер и некоторых зеленых водорослей.
Основные рифостроители наилучшим образом развиваются на глубинах не более 50 м, в прозрачной воде нормальной солености с температурой не ниже 20 ° C, обильно насыщенной растворенными газами и мельчайшими организмами (планктоном), служащими им пищей. Незначительный рост рифовых кораллов может происходить до глубины проникновения солнечных лучей – максимум до 185 м, но практически глубже 120 м известняки уже почти не образуются. Довольно широкое распространение рифов в пределах тропических и субтропических мелководий прерывается там, где проходят холодные течения (например, вдоль западного побережья Южной Америки) или мутность воды препятствует их росту.
Строение.
Современный коралловый риф может рассматриваться как хорошо организованный биогеоценоз. Вряд ли кораллы могли бы строить рифы, если бы не было чрезвычайно благоприятных условий, ведь кораллы весьма хрупки и имеют большую площадь поверхности, на которую воздействуют волны, стремящиеся разбить и измельчить их. Однако на поверхности кораллов и в промежутках между ними обильно растут формирующие известковую корку кораллиновые водоросли, особенно там, где волновое воздействие наиболее сильное, а вода максимально насыщена растворенными газами. Они образуют сплошное гладкое чрезвычайно плотное и прочное покрытие, превосходно цементирующее кораллы.
Лучше всего кораллы и водоросли растут по периферии рифа и на его внешних склонах. На рифовой платформе небольшая толща воды, прогреваясь, обедняется газами; кроме того, там накапливается ил. В полный отлив поверхность рифа обнажается, что смертельно для кораллов. Некоторые виды кораллов и водорослей (особенно зеленая водоросль Halimeda) в таких условиях меньше продуцируют извести. Кроме того, на рифовой платформе волны поднимают со дна илистые песчаные осадки, состоящие из мелкораздробленных известняков и органических остатков. Резкие смены температуры приводят к растворению и выпадению в осадок карбоната кальция, заполняющего и уплотняющего внутреннюю часть рифа. Аккумуляция обломков и кораллового песка часто продолжается и выше уровня моря – при этом формируются коралловые острова. Значительную часть кораллового песка иногда составляют раковины фораминифер. В относительно мелководных спокойных водах лагун рост некоторых видов кораллов и водорослей также приводит к аккумуляции извести. На дне отдельных лагун скапливается большое количество разрушенных скелетов водоросли Halimeda. В других лагунах «растут» фантастически красивые подводные леса из ветвящихся «коралловых деревьев» и колонн, называемых коралловыми головами. Однако обычно лагуны не заполнены обломочным материалом, так как, по всей вероятности, более тонкий материал выносится в открытое море приливо-отливными течениями.
Выделяют три основных типа взаимосвязанных коралловых рифов: окаймляющие, барьерные и атоллы.
Окаймляющие, или береговые, рифы
обычно расположены вдоль недавно обнажившегося (осушенного) или стабильного побережья. Такой риф представляет собой террасоподобную платформу на уровне моря или несколько ниже его, простирающуюся от берега и часто заканчивающуюся приподнятым сильно изрезанным каналами краем, от которого склон рифа довольно круто уходит под воду, а затем резко обрывается до больших глубин. Быстрее всего кораллы растут на внешнем склоне рифа и очень медленно – на мелководной платформе.
Барьерные рифы
подобны окаймляющим. Они часто окружают отдельные острова, но находятся на некотором удалении от берега, отделены от него проливом или спокойной среднеглубокой лагуной. Крупнейшим и наиболее известным является Большой Барьерный риф – сложная система рифов протяженностью более 1600 км, располагающаяся вдоль восточного побережья Австралии.
Атоллы
– это обычно кольцеобразные рифы, окружающие лагуны, внутри которых отсутствуют участки суши. Они бывают кольцеобразными с внутренней мелководной лагуной; кольцеобразными с одним или несколькими разрывами кольца, через которые в лагуну поступают приливные воды; в форме полукольца, четверти кольца или кольцеобразными, заливающимися во время высоких приливов; или в форме гигантских колец, состоящих из отдельных небольших атоллоподобных рифов, окаймляющих огромные лагуны. (См. также АТОЛЛ.)
Переходные формы.
Три типа рифов порождают множество переходных форм. Окаймляющий риф близ одной части берега далее может переходить в барьерный риф, и их граница трудно различима. Некоторые острова фактически можно было бы считать атоллами, если бы не присутствие в центре рифового кольца одного или нескольких расчлененных массивов вулканических пород. Погруженные (затопленные) рифы служат индикаторами подводных платформ, расположенных близ водной поверхности, что способствует росту кораллов, но более вероятно, что они являются затопленными атоллами или островами.
Происхождение коралловых рифов.
Коралловый риф может формироваться в любых тропических или субтропических водах, где глубина, температура и соленость позволяют успешно расти рифостроящим организмам. Таким образом, генезис окаймляющих рифов на мелководьях, окружающих острова и материки, достаточно очевиден. Однако специфические формы атоллов и барьерных рифов породили бесконечные дискуссии и рассуждения об их происхождении. Существует множество гипотез, но ни одна из них не признана полностью удовлетворительной в объяснении противоречивых геологических фактов.
Чарлз Дарвин первым отметил, что, если бы барьерный риф не окружал высокий остров, он был бы настоящим атоллом. Его наблюдения на нескольких коралловых рифах, и в особенности на Кокосовых (Килинг) о-вах (к юго-западу от Суматры), навели на мысль о том, что окаймляющие рифы, барьерные рифы и атоллы могут представлять собой различные стадии одного процесса. Он доказывал, что если бы вся коралловая постройка опускалась со скоростью, не превышающей темпы нарастания кораллов, то из окаймляющего рифа сформировался бы барьерный риф, а если бы дальнейшее погружение продолжалось до тех пор, пока остров внутри него не оказался под водой, то из барьерного рифа сформировался бы атолл. Для атоллов характерен более спокойный водный режим, а бывший барьерный риф в таких условиях получает меньше растворенных газов и менее обильную пищу для кораллов в виде планктона, укрывающегося от океанских волн позади него. Этот дефицит приведет к замедлению роста рифоформирующих кораллов на внутренней стороне атолла, и таким образом образуется лагуна. Чтобы объяснить огромное количество атоллов, Дарвин предполагал, что в недавнем прошлом обширные участки морского дна испытали опускание. Когда эта теория, позже названная теорией погружения, была впервые опубликована, она получила широкое признание и воспринималась как триумф дедукции.
Однако эта теория Дарвина недолго принималась за истину, и на смену ей была выдвинута серия альтернативных гипотез. К.Семпер и Х.Гуппи считали, что рифы растут на поднимающихся основаниях. Другие исследователи (включая Дж.Рейна, Дж.Мёррея, У.Уортона и Ф.Вуд-Джонса) думали, что атоллы были сформированы в результате роста кораллов на затопленных банках, – идея, возрожденная в этом столетии в теории антецедентных платформ Дж.Гоффмейстера и Г.Лэдда, которые после продолжительного и тщательного изучения поднятых рифов о-вов Фиджи доказывают, что современные рифы растут на уже существовавших ранее подводных платформах. Происхождение банок, или платформ (небольших подводных плато), в каждой теории объяснялось по-своему. Семпер, Мёррей и Уортон считали, что лагуны образовались в результате растворения известняка в условиях морской среды или внутри плоских известняковых островов. С.Макнейл возродил эту идею и выдвинул в ее пользу ряд доказательств, полученных в результате изучения поднятых коралловых островов. Более старые версии этих теорий, кроме предложенных Гоффмейстером, Лэддом и Макнейлом, развивались до тех пор, пока не получила широкого признания концепция изменяющегося уровня моря.
В 1910 Р.Дейли предположил, что эффект от повышения уровня моря, произошедшего в результате таяния плейстоценовых ледниковых покровов, подобен результату погружения земной коры. Опираясь на это допущение, он развил теорию ледникового контроля, которая доминировала во всех последующих рассуждениях о генезисе атоллов. Он предполагал, что во время низкого положения уровня моря повсеместно происходило выравнивание островов, когда же уровень моря снова поднялся, эти плоские банки стали основаниями атоллов. В серии статей, завершившейся книгой Проблема коралловых рифов (The Coral Reef Problem, 1928), В.Дэвис объединил теории погружения Дарвина и ледникового контроля Дейли и выдвинул более правдоподобную теорию, подтвержденную множеством геологических фактов.
С самого начала исследований для того, чтобы выяснить, что же находится под коралловыми рифами, появилась идея провести бурение всей толщи кораллового сооружения. Первым, кто попытался ее реализовать в 1840 на атолле Хао на о-вах Туамоту, был Э.Белчер. На глубине 14 м, которые удалось пройти примитивным буром, он не обнаружил ничего, кроме кораллов. В 1896–1898 группа, финансируемая Королевским научным обществом и правительством Нового Южного Уэльса (Австралия), предприняла серию решительных попыток пробурить скважину до основания атолла Фунафути (о-ва Тувалу). Таким образом удалось достичь глубины 340 м в однородной толще коралловых известняков. Эта скважина, проникшая гораздо ниже максимальных глубин возможного роста рифообразующих организмов, рассматривалась некоторыми исследователями как достаточное доказательство теории погружения. Другие ученые полагали, что, поскольку бурение проводилось на периферии рифа, скважиной пройдена только толща обломочного материала, который осыпался и накапливался на внешнем склоне острова. Они отказывались рассматривать скважину как окончательное доказательство погружения. Но позже оно было подтверждено японскими учеными, которые пробурили скважину глубиной 432 м на поднятом атолле Кито-Даито-Сима в восточной части о-вов Рюкю. Эта скважина также не достигла подстилающих атолл коренных пород.
Сейсмические данные, полученные при испытании атомной бомбы на атолле Бикини в 1946, также свидетельствуют о том, что известняки простираются на большую глубину. В 1947 на Бикини было пробурено несколько скважин, одна из которых глубиной 779 м прошла исключительно известняки и достигла раннемиоценовых отложений, имеющих возраст ок. 25 млн. лет. Изучение отражения сейсмических волн, проведенное экспедицией второго научно-исследовательского судна «Челленджер» в 1951, показало, что известняки на атоллах Фунафути и Нукуфетау (о-ва Тувалу) имеют мощность ок. 600 м и, возможно, залегают на вулканических горных породах. И наконец, в 1954 двумя скважинами на атолле Эниветок (Маршалловы о-ва) были пройдены эоценовые известняки (возраст ок. 50 млн. лет), которые на глубинах 1266 и 1405 м контактируют с коренными базальтами – породами вулканического происхождения. Судя по мощности известняковых отложений, образование атоллов Фунафути и Нукуфетау объясняется постепенным опусканием коралловой постройки ниже уровня моря (либо значительными колебаниями уровня моря). Базальты под атоллом Эниветок свидетельствуют о вулканическом генезисе его основания. Таким образом, весьма вероятно, что наиболее распространенным способом образования атоллов было погружение вулканических островов.
Интересны открытия на морском дне большого количества плосковершинных подводных гор (называемых гайотами), похожих на глубоко погруженные атоллы. По крайней мере с одного из них были подняты мелководные кораллы.
И наконец, из обзора литературы по ископаемым рифам следует, что формирование рифов происходило главным образом в те геологические эпохи, когда преобладало слабое погружение земной коры (или медленное повышение уровня моря). В геологические периоды, характеризовавшиеся поднятием коралловых сооружений или их быстрым погружением, рифы почти не развивались.
Подноготная кораллового рифа
Коралловый риф… Сами эти слова звучат как шум прибоя, как пение соленого ветра в растрепанных пальмовых кронах далеких сказочных островов. Рифы недаром являются настоящим магнитом для аквалангистов и любителей природы: эта сложно устроенная экосистема уникальна по разнообразию и обилию самых разных морских организмов. Удивительно, но базисом для этого буйства жизни служат крошечные, достаточно просто устроенные животные, практически всю свою жизнь проводящие прикрепленными к субстрату, как обычные растения
Согласно строгому научному определению «коралловый риф – это локализованная мелководная устойчивая к волнам структура, построенная секретирующими известь организмами, залегающая на подстилающих образованиях, от которых она ясно отличима» (Goreau et al., 1972). Иначе – подводные или надводные известковые гряды, формирующиеся преимущественно скелетами мелких колониальных животных (кораллов) в мелководных участках тропических морей.
Эти удивительные геологические структуры, созданные живыми организмами, образуют широкий пояс в тропической зоне Мирового океана. Географически она ограничивается тропиком Рака и тропиком Козерога с обеих сторон от экватора (между 23,5° северной и южной широты). Сложные известково-каменные структуры в изобилии предоставляют другим организмам «стол и кров», что служит краеугольным камнем богатства и стабильности этого уникального природного сообщества.
Что касается масштабов «градостроительской» деятельности кораллов, то объем среднего по размерам атолла составляет 500 куб. км, что в 15 тыс. раз больше объема пирамиды Хеопса или в 250 раз – всех зданий Нью-Йорка.
Столь впечатляющие сооружения и их крошечные строители, безусловно, заслуживают более близкого знакомства.
То ли флора, то ли фауна
Кораллы, а точнее коралловые полипы, относятся к кишечнополостным животным. Не вдаваясь в тонкости систематики, отметим, что все кораллы вместе с медузами и актиниями относятся к типу Cnidaria (стрекающие). Как следует из названия, все эти группы животных имеют ядовитые стрекательные клетки.
Сам класс коралловых полипов (Anthozoа) делится на два подкласса: Нехасоrаlliа (шестилучевые) и Octocorallia (восьмилучевые). Кораллов – обитателeй рифов немало, но основными рифостроителями являются шестилучевые склерактинии, образующие массивный скелет из карбоната кальция.
Рифостроящие коралловые полипы – примитивные колониальные животные с простым строением тела. Наверху каждого полипа расположена корона щупалец, аранжированных в группы, кратные шести.
Именно щупальца и придают им сходство с цветком, которое так смущало натуралистов до XVIII в. и продолжает обманывать некоторых современных ныряльщиков, полагающих, что кораллы – это растения.
Однако животная природа этих столь невинно выглядящих организмов становится очевидной, когда вы застаете их за охотой, ловящих щупальцами добычу и парализующих ее ядовитым секретом своих стрекательных клеток.
Новые полипы отпочковываются от зрелых материнских организмов, в результате чего колония разрастается подобно ветвям дерева. Но кораллы не ограничиваются только бесполым размножением. В одну из летних лунных ночей все особи единовременно выбрасывают в воду яйца и сперму.
Образующиеся после оплодотворения крошечные свободноплавающие личинки совсем не похожи на своих «родителей». Но век их свободы недолог: личинка прикрепляется к подходящему субстрату и начинает формировать известковый скелет и все органы, необходимые для жизни особи. И если повезет, она станет родоначальником новой колонии.
Размеры взрослого полипа составляют в среднем от 1 мм до 3—4 см. И такие мелкие животные формируют колонии размером от нескольких сантиметров до 5—6, а иногда и 9 метров!
Многочисленные поселения этих крошечных существ и создают в конце концов риф – одно из самых грандиозных и удивительных сооружений живой природы. При этом основная жизнь кораллов сосредоточена лишь на поверхности рифов, где находятся живые полипы, а ниже располагается толща известняка – скелетные останки бесчисленных отмерших особей предшествующих поколений.
Друг-водоросль
По большому счету сходство с растениями у рифообразующих кораллов неслучайно. Дело в том, что они могут жить только в тесном симбиозе с одноклеточными водорослями зооксантеллами.
Водоросли, живущие непосредственно в тканях самого коралла, обладают высокой фотосинтетической активностью. При этом «домовладелец» потребляет около 60% синтезированных водорослями питательных веществ (сахаров, глицерина и аминокислот), а также выделяемый ими дефицитный в тропических водах кислород. Но «квартиранты» тоже не остаются внакладе: они используют продукты выделения кораллов – двуокись углерода, азот и фосфор.
Зооксантеллы быстро и непрерывно изымают из тканей коралла углекислый газ. В результате из-за его недостатка в метаболизме коралла происходит сдвиг в сторону образования нерастворимого карбоната кальция (CaCO3) – основного материала скелета и, соответственно, каркаса рифа. Благодаря жизнедеятельности водорослей скорость роста скелета у рифообразующих кораллов в 10 раз больше, чем у нерифообразующих.
Кораллы зависят от водорослей, водоросли, в свою очередь, – от количества проникающего в водную толщу света. Поэтому строители рифов могут успешно жить на глубинах не более 70–80 м (большей частью – около 40 м) в зависимости от прозрачности воды. К тому же по неизвестным пока причинам (вероятно, связанным с физиологией образования известкового скелета) коралловые рифы формируются при температуре воды не ниже 18 °C.
СТРОИМ КОРАЛЛОВЫЙ РИФ
Таким образом, коралловые рифы представляют собой явление, характерное лишь для мелководья тропических морей.
Разнообразие форм колоний коралловых полипов поражает даже самое богатое воображение. И на этом чудеса не кончаются: вокруг колоний кораллов, меж их ветвей и даже внутри скелета живут тысячи удивительнейших обитателей: от микроскопических водорослей и бактерий до беспозвоночных и рыб.
Поселения многих кораллов представляют собой картины столь необычной красоты, что им позавидовали бы художники-импрессионисты. Погружение в сказочный мир тропического мелководья не оставляет никого равнодушным, вызывая тот восторг и благоговейный трепет перед таинством жизни, которые нам дано испытать лишь в детстве. И если вам посчастливится хоть раз побывать в этом морском Эдеме, вас будет тянуть туда вновь и вновь.
К сожалению, около трети коралловых рифов сегодня находятся в критическом состоянии, и всего 40 % считаются устойчивыми. В ближайшем будущем главная угроза рифам будет исходить от человеческой деятельности местного или регионального масштаба. И эта опасность, вероятно, намного больше, чем ожидаемое повышение уровня Мирового океана в результате глобального потепления, угрожающее кораллам в отдаленном будущем. Ведь нежная и такая хрупкая красота рифов расцветает только в самых чистых, теплых и пронизанных солнцем морских водах.
Латыпов Ю. Я. Коралловый риф.Природа, богатство, красота. – Владивосток: Изд-во Дальневост. ун-та, 2008. 116 с.
Латыпов Ю. Я. Трансплантация и выращивание фрагментов колоний различных видов склерактиний на рифе Вьетнама // Биол. моря. 2006. Т. 32. С. 436–442.
Наумов Д. В., Пропп М. В., Рыбаков С. Н. Мир кораллов. М.: Гидрометеоиздат, 1985. 360 с.