Гідротерми і екологічні оазиси в океані

Радіограма. 19 листопада 1986 р Інститут океанології ім. П. П. Ширшова АН СРСР прийшла радіограма з борту науково-дослідного судна «Дмитро Менделєєв», що знаходився в Тихому океані. Крізь далечінь океанських просторів і атмосферні перешкоди ми отримали фантастичну інформацію від керівника експедиції члена-кореспондента АН СРСР А. П. Лісіцина.

На вході в Каліфорнійський затока дно якої улоговини Гуаймас виявлено велику кількість гігантських веж гідротермальної споруди. Висота їх досягає кілька десятків метрів, а вага - кількох сотень тисяч тонн. Проби показали багатий зміст кольорових металів. Вежі гудуть, шиплять, деякі вивергають рідке полум`я заввишки до 1 км. Воно спалює ізоляцію кабелю. Вимірювальний зонд пошкоджений. В умовах термоопасності зроблено 25 занурень підводними населеними апаратами «Пайсіс». Після занурень вони пахнуть дизельним паливом. У гідротермальних будівлях, можливо, є нафта. У тому ж районі виявлено виходи газогідратів. Знайдено 8 груп мікроорганізмів, інші незвичайні тварини. Зібрали багату колекцію.

Наша експедиція знайшла дуже великі гідротермальні споруди на дні океану - вежі. Подання про їх розмірах дає малюнок, де семиповерхова будівля Інституту океанології в Москві зображено на тлі однієї з таких будівель. Вона чимось нагадує гігантський термітник. У ній понад півмільйона тонн цінної руди.

Гігантська гідротермальних споруда в порівнянні з будівлею Інституту океанології ім. П. П. Ширшова АН СРСР.

Цікаво, що дуже гаряча вода на поверхню океану не виходить. У цьому полягає одна з труднощів пошуку гидротерм. На висоті всього 200 м над місцем виходу гарячих струменів на дні (за вимірюваннями американських вчених), температура води тільки на 0,02 ° С більше температури оточуючих шарів води океану.

Куди дівається гаряча і, мабуть, більш солона вода? Питання це досить недосліджений. Справа, мабуть, в колапсі. Так називається мало вивчене явище, викликане стратификацией океану. Піднімаються вгору струмені води наштовхуються на нерухомий шар океанської води іншої щільності. Він діє як стеля. Натикаючись на нього, що йдуть знизу струменя не в силах його пробити і розтікаються в сторони, утворюючи подобу «млинця».

В результаті цього ефекту поблизу дна можуть утворюватися великі обсяги води з високим градієнтом температури. Може бути саме там слід розташовувати установки для перетворення енергії теплового градієнта в електричну енергію?

Почався новий етап в дослідженнях Світового океану, в якому класична океанологія пов`язана з фізикою і хімією реакцією при високому тиску і температурах, біологією і біохімією істот, що живуть там при високих температурах.

Фантастика, яка стала дійсністю. А чи може в океані температура води бути в кілька сотень градусів Цельсія? Наприклад, градусів 450-500 С?

Чи не правда, ще й зараз це питання звучить дивно? А на початку 70-х рр. він здавався просто фантастичним.

Само собою зрозуміло, не вся вода, а лише невелика частина її у дна в окремих, особливих місцях. Таких, де є вихід гидротерм. Гідротермами називаються розігріті внутрішнім теплом Землі води, що відрізняються за своїм хімічним складом від звичайної води великим вмістом різних солей, або підвищеною мінералізацією.

Думка про те, що на дні океану можуть бути джерела з дуже високою температурою води, вперше була висловлена Т. В. Розанової. До неї поставилися з недовірою. Але в 1977 р на дні Тихого океану американська експедиція виявила джерела з температурою 17 ° С, а в 1982 р - з температурою близько 400 ° С! Було знайдено багато несподіваного, в тому числі особливі споруди, які виросли на дні завдяки відкладенню солей. Щось на зразок гігантських сталагмітів, що зустрічаються в печерах. Але найдивовижнішим виявився незвичайний тваринний світ, процвітаючий там без сонця, в темряві. Багаті життям придонні області навколо гарячих джерел - гидротерм отримали назву екологічних оазисів. Гідротерми і екологічні оазиси - одне з відкриттів науки.

У Рифт Таджура в Аденській затоці на глибині 1400 м відбирається зразок з осадового чохла.

Гідротерми утворюються при взаємодії гарячої магми і придонному води. Освіта гидротерм - глобальне явище, що має велике значення для Світового океану і для Землі в цілому. На дні Червоного моря вперше вони були виявлені в 1964 р Це були западини, заповнені гарячим і дуже солоним розсолом. Зміст солей в ньому становить близько 300 г на літр. Приблизно в 10 разів більше, ніж у звичайній океанській воді. Дещо відрізняється і хімічний склад. У красноморских гідротермах міститься більше рідкісних і цінних елементів. »

Температура води в красноморских западинах була близько 64 ° С. Встановлено, що вона там поступово підвищується: приблизно на один градус щороку. Але про джерела на дні з температурою в кілька сотень градусів тоді ще ніхто не знав.

У 1967 р в Інституті океанології при дослідженні зразків опадів з рифтових зон океану виявили, що опади в рифтових долинах значно відрізняються від опадів на дні в оточуючому океані. Вони утворені в значній мірі з продуктів дроблення скельних гірських порід дна під дією тектонічних рухів: величезні блоки гірських порід, рухаючись по розломах, розтирають, немов жорна гігантської млини, самих себе, а продукти перетирання в вигляді дрібних уламків мінералів висипаються на дно океану, де і утворюють незвичайні опади, властиві тільки тектонічно активних розломів.

Крім того, в опадах Рифт серединно-океанічних хребтів були знайдені мінерали, що утворилися тут же, на місці, під дією якихось хімічних реакцій. Яких саме - це потрібно було з`ясувати. Виникла думка - не діють тут гідротерми - гарячі розчини, що піднімаються з надр океанської кори. Щоб не помилитися у висновках, треба було знайти хоча б сліди гідротермальних змін до корінних породах. Потрібні були зразки корінних порід, т. Е. Зразки кристалічних магматичних порід, що складають дно і схили рифтових долин.

У 1967 р були отримані і ретельно досліджені два маленьких зразка породи (під час другого рейсу науково-дослідного судна «Академік Курчатов» вони були підняті прямоточной трубкою зі схилу рифтової долини підводного Аравійському-Індійського хребта з глибини 3500 м).

Уже перше дослідження показало, що обидва зразки належать до порід, що містить сульфідні мінерали, т. Е. Мінерали, що складаються з металів та сірки. Найменший зразок був розміром всього 35Х З0Х 20 мм. Але, як показали подальші дослідження, він складався з багатьох мінералів, в тому числі тітаномагентіка, ільменіту і халькопирита (сульфіду міді і заліза).

За результатами ретельного дослідження, виконаного Т. В. Розанової і Г. Н. Батурином, в 1971 році була опублікована стаття «Про рудних гідротермальних проявах на дні Індійського океану», в якій говорилося про виявлення в зразку продуктів розпаду твердих розчинів залізо-титанових мінералів. Останнє можливо при температурах 400-500 ° С.

Вивчення під мікроскопом халькопирита показало своєрідний характер зерен. Вони утворили ґратчасту структуру, так звані двійники перетворення, що виникають при температурі не нижче 550 ° С. Значить, рудні мінерали утворилися в результаті накладення декількох стадій гідротермальних мінералізацій на кристалічну породу. Все це було виявлено в зразку породи, знайденому на поверхні дна Індійського океану. Здається, все ясно. Але робити висновок, що мінерали, які потребують близько 500 ° С для своєї освіти, там і з`явилися, було ще рано. Це суперечило всім канонам. Гідротерми з температурою в кілька сотень градусів ще не були знайдені на дні океанів ...

У 1976 р Т. В. Розанова опублікувала другу наукову роботу - «Про Керол, Пірротін і тріолей в опадах западини Хесса». У ній повідомлялося про результати дослідження зразка породи з западини Хесса, який був знайдений в океані в 1972 р під час восьмого рейсу науково-дослідного судна «Дмитро Менделєєв». Начальником цієї експедиції був А. П. Лісіцин - глава радянської школи морських геологів, які займаються вивченням сучасного осадкообразованія в Світовому океані. Опади на дні океанів утворюються безперервно, цілодобово. Якщо знатимемо, що сьогодні рухається в товщі води вниз, то будемо знати, який осад утворюється на дні завтра. Проби води з різних глибин і особливі пастки на дні океану дають багато цінної інформації про це.

Западина Хесса - загадкове освіту на дні Тихого океану в точці з координатами 2 ° 12 с. ш. і 101 ° 35 з. д. Цю точку ви можете знайти на рельєфній карті дна Тихого океану (див. рис.). Западина розташована в осьовій зоні підводного Галапагосского хребта поблизу його стику з Східно-Тихоокеанським підняттям. В останні роки цей район дна Тихого океану привертає особливу увагу дослідників.

Рельєфна карта дна Тихого океану.

На глибині 5 тис. М западина Хесса має довжину всього 6,5 миль при ширині близько 2 миль. Схили западини круто йдуть вниз. Вона схожа на гігантський каньйон зі злегка похилим дном, яке знаходиться на глибинах в межах 5200-5376 м. Морські геологи називають западину ізольованою тектонічної депресією. Останнє означає, що вона утворена тектонічними силами.

Западина була знайдена в 1970 р американською експедицією. А тепер вона привертає увагу геофізиків як центр розсування літосферних плит. Зразок з западини було піднято драгою.

Відео: Чорні курці

Підйом драги - завжди подія в будь-який експедиції. А якщо драга піднімається з такою малодослідженою западини, як западина Хесса, то подія особлива. Цього разу на оглядових стіл з драги вивалилася ціла тонна донного мулу! Але не сірого, як зазвичай, а строката пофарбованого: відтінки зеленого, блакитного, червоного кольорів. Раніше таке в океані не зустрічалося. Драга принесла багатий улов.

Оточили стіл співробітники експедиції швидко розбирають зразки, кожен - по своїй спеціальності. Дещо відібрала для аналізу і Т. В. Розанова. А коли вона протирала ганчіркою стіл, відчула якийсь твердий грудочку. Оглянула його - сіренький жорсткий уламок, заліплений мулом. Помила його під струменем води. Начебто нічого особливого. По всій видимості, звичайний форамініферовимі піщаник. Таких було, здається, багато. Хотіла кинути за борт. Але - стоп! Чому сірий? Вирішила подивитися його під мікроскопом. Під мікроскопом несподівано заблищали межі кристалів. Зразок виявився дуже цінним. Визначити його склад в судновий лабораторії не вдалося. Тільки через багато часу було встановлено, що зразок належить до рідкісної асоціації мінералів. Але як він міг утворитися в западині? Не просто на дні океану, а саме в западині? Ця обставина мала вирішальне значення. У теоретичних побудовах Розанової глибокі Рифт і западини в океанській корі вже міцно зв`язалися з високою температурою води в них. Не у всіх, звичайно, а тільки в тих, звідки були взяті зразки порід. Після дослідження зразка з западини Хесса вона остаточно переконалася в цьому.

Два японських автора за кілька років до цього опублікували наукову роботу, в якій описали лабораторні досліди по штучному створенню асоціації мінералів, за своїм складом дуже схожою на те, що було знайдено в западині Хесса. Для цього їм потрібна була температура від 400 до 600 ° С при тисках від 0,5 до 3 кілобар.

Друга робота Розанової закінчувалася досить рішучим висновком, що зміни зазнали сучасні геологічні освіти. А гідротермальні розчини, перетворені цей осад, що надходили на поверхню дна океану, мали температуру більше 350 ° С.

Однак до визнання роботи було ще далеко. Переконання в справедливості доводів радянського вченого прийшло тільки після того, як в Тихому океані були дійсно виявлені джерела з дуже гарячою водою, що має температуру, близьку до зазначеної. Гарячі гідротерми були відкриті за допомогою підводного жилого апарату «Алвін». Дослідження спочатку були розпочаті в Рифт серединного атлантичного хребта франко-американської експедицією «Фамоус». Але в цьому районі гідротермальних активність виявилася слабкою. Тому роботи були перенесені в Тихий океан. Тут успіх перевершив найсміливіші очікування. Були відкриті не тільки потужні поля гидротерм з різною температурою, але і особливі екологічні оазиси, населені небаченими істотами.

Підтвердилися припущення молодого радянського вченого. Мабуть, це єдине відкриття в океанології, зроблене під геологічним мікроскопом.

Екологічні оазиси. Абіссаль, або абісальна зона, - глибоководна область Світового океану: вона починається з 2 тис. М, найглибшої її частиною є жолоби (западини), в них глибини близько 7 тис. М і більше.

Абіссаль - найбільш пустельна область океану. Це не дивно: туди не доходять промені Сонця. Адже один метр прозорою морською води послаблює світло приблизно так само, як кілька кілометрів повітря. У глибоководних глибинах завжди темно, холодно і мало їжі. Відсутня фотосинтез - основа харчування всього живого на Землі. З цих причин тваринний світ абісальної області зазвичай бідний. Так вважалося завжди.

Бентос - сукупність організмів, що живуть на дні океану. Кількість живих організмів на 1 м² поверхні дна називається біомасою. Розмірність біомаси - г / м² або кг / м². Середнє значення біомаси бентосу для абіссалі зазвичай менше 0,5 г / м². Для найбільш багатих районів - до декількох грамів на 1 м² дна, а для найбільш бідних районів відкритого океану - всього 0,02-0,05 г / м². Не дарма такі райони називають абісальної пустелею.

Все це було відомо давно і сумнівів ні у кого не викликало. Вважалося, що раз там немає сонячного світла, то немає і фотосинтезу. Отже, відсутня первинна продукція. Нечисленні донні тварини абіссалі харчуються тим небагатьом, що опускається їм зверху, жалюгідні залишки їжі, зазвичай у вигляді фекалій ... Звідки ж узятися в абіссалі заможного життя?

Але ось одного разу ця точка зору змінилася. У підводному жилому апараті вчені опустилися на дно Тихого океану і побачили там таке дивовижне багатство життя, яке, здається, не спадало на думку жодному фантастові. Улiтку 1985 р біля тихоокеанського узбережжя Японії працювала франко-японська експедиція: 27 глибоководних занурень зробили її учасники на підводному жилому апараті «Наутілус». Робота велася в зоні субдукції, т. Е. Там, де одна плита літосфери засувалася під іншу. Найбільша глибина занурень «Наутілуса» досягала 5960 м. Цей французький апарат розрахований на занурення до максимальної глибини 6 тис. М.

При семи зануреннях виявлені надзвичайно багаті скупчення донних тварин. У найбільш цікавих районах дно було суцільно покрито великими двостулковими молюсками (Каліптогенамі). Біомаса тут становила від 16 до 51 кг / м². Це - величезні цифри. Для порівняння: в тропічному мілководді, що славиться великою кількістю життя, біомаса рідко перевершує 20-25 кг / м².

Каліптогени відносяться до трьох нових видів, раніше науці невідомих. Два з них виявлені на глибинах від 3800 до 4020 м в гирлі підводного каньйону, що знаходиться на схід від півострова Киї. При повторному зануренні «Наутілуса» на те саме місце через четверо cyток було виявлено, що вся колонія пересунулася за цей час на кілька дециметрів. Кочують в глибинах колонії - це також новина.

великі молюски нового виду знайдені на південній і північній частинах острівного схилу Японського жолоба і в районі стику Японського і Курило-Камчатського жолобів. Вони мешкають в цих районах на глибинах від 5130 до 5960 м. Склад супутніх їм видів безхребетних змінювався від місця до місця.

Великі скупчення гігантських молюсків на глибинах близько 6 км - це самий глибоководний екологічний оазис з числа відомих сьогодні в Світовому океані. До речі, температура води в ньому - близько 0,6 ° С. Оазис цей викликає здивування своїми молюсками. Не будуть сидіти вони там бути! На глибинах понад 5 тис. М тверді сполуки кальцію, з яких складаються раковини, розчиняються в морській воді. Як молюски зберігають свої раковини на глибинах близько 6 тис. М?

Є й інші секрети. Наприклад, опустили одного разу вчені на дно на глибину близько 9600 м приманку (дохлу рибу), а поруч з нею поставили підводний фотоапарат. І стали послідовно, кадр за кадром, фотографувати тих, хто з`явився на частування. Спочатку припливли різні риби, потім зібралися рачки. А через 12 год від великої риби залишився тільки скелет. Питається: як змогли риби, приплили першими, так швидко отримати інформацію? Адже коефіцієнт дифузії багатьох іонів в морській воді має порядок всього 10^-10 м²/ С. Який механізм передачі інформації про наявність їжі?

Ультрабіссальние області океану - це глибоководні жолоби. Вони ще мало досліджені. Займають всього 0,5% від площі Світового океану. Але заслуговують найбільшої уваги. Деякі вчені вважають їх гарячими точками планети. У них - особлива, неземна життя. Їх важко досліджувати, тому на таких глибинах мало зондувань, всього кілька десятків. Невідомий світ чекає своїх дослідників.

Перший екологічний оазис був відкритий американськими вченими в 1977 р Вони знайшли його, опустившись на дно в підводному жилому апараті «Алвін». Він названий так по імені головного конструктора Алвина Вайна. Попередньо була отримана важлива інформація з допомогою підводного безлюдного апарату «Ангус». За допомогою допоміжного судна «Ангус» довго буксирував в воді над дном океану в районі досліджень. З нього під час буксирування автоматично проводилася кінозйомка поверхні дна. Після прояви відзнятої плівки на деяких кадрах були помічені білі плями, що нагадують раковини. Тоді-то і було вирішено опуститися туди на «Алвін». Результати цього занурення перевершили найсміливіші очікування. Був відкритий новий казковий світ, процвітаючий в темряві.

Описані події відбулися в 1977 р в Тихому океані на відстані 280 км на північний схід від Галапагоських островів. Тут на глибинах 2500- 2700 м знаходиться рифт (тріщина) між плитами літосфери Кокос на півночі і Наска на півдні. Цей рифт називається Галапагоським. Над ним відбувалося занурення «Алвина».

Не дарма звуть Галапагоські острови зачарованими. Під тропічним сонцем на них живуть поруч пінгвіни, тюлені і морські леви. І ще такі тварини, яких ніде більше немає. Взяти хоча б великих морських ящірок - Ігуан, у великих кількостях зустрічаються на прибережних схилах. Чорні і блискучі, як антрацит, зі страшними мордами, вони здалися відкривачеві островів єпископу Де-Берланги породження пекла. Насправді ж ігуани - Нешкідливі створення, що харчуються водоростями ... Є щось спільне між незвичністю Галапагоських островів і відкриттями на дні океану поблизу них.

На малюнку на видночисленні раковини гігантських двустворок і велика рожева риба невідомого виду, а також білий краб. А далі - красиві великі стебла, злегка нагадують флагштоки. Їх висота сягає кількох метрів. У них живуть величезні хробаки - Вестиментифери, яких оцінили пілоти підводних населених апаратів. Справа в тому, що ці черв`яки живуть при температурі не вище 40 ° С. Якщо вони на дні є, можна вести свій апарат спокійно. Якщо ж Вестиментифери пропали - бережися! Це може означати підвищення температури води до меж, небезпечних для апарату і його екіпажу.

дивує яскрава забарвлення багатьох тварин. Навіщо вона їм потрібна в повному мороці? Що там абсолютний морок, ніхто не сумнівався.

Відкриття екологічних оазисів викликало безліч різних питань. Чи вірні тепер відомості про бідність тваринного населення океанського дна на великих глибинах?

Звичайно, вірні. Надзвичайне багатство життя на великих глибинах знайдено лише на окремих, невеликих за своїми розмірами ділянках дна океану в районах дії гидротерм. А там, де їх немає, як і раніше тягнеться абісальна пустеля. Саме тому багаті життям ділянки в поле гидротерм називають екологічними оазисами. Цей термін добре показує справжній стан справ. Гідротерми виконують роль джерел в оазисах звичайних піщаних пустель на поверхні Землі. Але порівняння це, звичайно, не зовсім точно.

Продовження досліджень за допомогою «Ангуса» і «Алвина» в Тихому океані призвело до ще більш дивних відкриттів.

«Ангус» - підводний безлюдний апарат (без екіпажу) призначений для автоматичного фотографування дна. Він буксирується надводним судном в товщі води океану на висоті приблизно 18 м над дном. Має потужні джерела світла. З однієї зарядки може зробити близько 3 тис. Кольорових фотографій. У листопаді 1979 р при обстеженні Каліфорнійського затоки на знятої плівці були виявлені клуби чорного диму поблизу дна. За фотографіями можна було визначити, звідки йде дим. У цей район був викликаний «Алвін». Перший же спуск приніс успіх. Дослідники встановили, що чорний дим виявився клубами чорної води. Величезні фонтани чорної води били з труб різної висоти, деякі в кілька метрів.

Треба було виміряти температуру чорної води. «Алвін» кидало вправо і вліво струменями потужного придонного течії. Проте пілотові вдалося підвести апарат до однієї з труб і за допомогою маніпулятора ввести датчик електричного термометра прямо в її горловину (діаметром близько 15 см), звідки бив чорний фонтан.

Термометр «Алвина» показав 350 ° С. У сусідніх чорних фонтанах температура води теж була не нижче 350 ° С.

Вивчення гидротерм, що опинилися настільки гарячими, небезпечно. Найменша необережність загрожує загибеллю екіпажу. Підводний жило апарат «Алвін», як і деякі інші апарати такого типу, має ілюмінатори з органічного скла. Воно розм`якшується при температурі вище 85 ° С! Не можна забувати і про високий тиск води у дна, близькому до 300 атм. Щоб не потрапити в біду, пілоти підводних апаратів не підходять впритул до гарячих струменів. Температуру води вимірюють за допомогою електричного термометра, винесеного вперед маніпулятором.

Труби на дні, які викидають фонтани чорної води, отримали назву «чорних курців». Пізніше були виявлені труби, з яких б`ють фонтани білої води. Їх назвали «білими курцями». Зміна забарвлення океанської води викликано особливими хімічними реакціями, що відбуваються між гідротермами і океанської водою.

А в 1982 р американські вчені Дж. Беррос і Дж. Демінг опустилися в «Алвін» на глибину 2650 м в Тихому океані, в районі Галапагосского рифту, і взяли пробу води з гарячого джерела на дні з температурою вище 300 ° С за допомогою особливого приладу - пробоотборника, що забезпечує збереження температури води не нижче 250 ° С. Результати дослідження перевершили найсміливіші очікування: в воді проби виявилося багато живих бактерій нового, невідомого раніше виду.

Відео: Гідротерми і метанові сипи - Микола Піменов

Фантастичні властивості цих бактерій потрясли вчених. Життя при пекельної температурі, без світла, під величезним тиском здається абсолютно немислимою з нашої точки зору. А вони живуть і розмножуються! Спроба в лабораторії знизити температуру води з бактеріями нижче 90 ° С привела до припинення їх розмноження. Їм стало занадто холодно. Згідно з іншим повідомленням, зниження температури води нижче 100 ° С призвело до повної загибелі бактерій. Цей вид бактерій часто називають термофільними. Відомі вони також під назвою археобактерій. 250 ° С виявилися для них досить комфортною температурою. При цій температурі, згідно з повідомленнями преси, бактерії живуть і розмножуються в лабораторії. Щоб забезпечити їм необхідні умови, як житло був використаний посудину, схожий на каструлю-скороварку з міцною герметичною кришкою. У такому посуді легко підняти температуру води до необхідної величини при одночасному збільшенні тиску.

Як ці бактерії живуть при такій високій температурі? Чим пояснити таку високу стійкість термофільних бактерій до високої температури? Адже навіть папір обвуглюється при температурі вище 230 ° С. А в струменях гидротерм температура значно вище, місцями - майже вдвічі! За своїм хімічним складом вони, як повідомляється, мають надзвичайно високий вміст двох амінокислот - гліцину і серину. Але ці амінокислоти не відрізняються особливою термостійкістю.

У звичайних бактерій при скільки-небудь значному підвищенні температури відбувається згортання білків і настає смерть. Мабуть, вирішує питання не стільки хімічний склад, скільки особливості будови. У * термофільних бактерій більш міцна конструкція молекул, стійка до високої температури.

Згортання білків, або коагуляцію їх, ви можете бачити, коли готуєте яєчню. Підвищення температури в межах 60 ° С призводить до розкладання білків, розпаду ланцюжка ДНК, злиття ферментів, деформації клітинних мембран. Для будь-якого живої істоти ці процеси означають смерть. Чому ж вони не відбуваються у термофільних бактерій?

Дослідження під електронним мікроскопом показали більш міцну конструкцію молекул тіла цих бактерій. Ланцюжок ліпідів у них має особливе гіллясте будову, що збільшує міцність їх зв`язку з мембранами. Витки спіралі ДНК у них мають більше точок кріплення до мембрани, як у мікробів, стійких до радіації. Конструкція білкової молекули більш жорстка. Можливо, з цієї причини деформації, що виникають при високій температурі, не перевищують небезпечних меж.

З часу Пастера відомо, що прокип`ячена бактерія - це загибла бактерія. А щоб знищити цих, нових, їх треба, навпаки, охолоджувати!

Ще багато загадок в будові білкових молекул живих істот. Розшифровка будови білкових тіл - дуже складна проблема. Вивчення будови різних білків - передній край біологічної науки. Термофільні бактерії - дуже цікавий об`єкт для досліджень. А якби вдалося схрестити їх з іншими живими істотами, зберігши у гібридів високу термічну стійкість, то могли б відкритися перспективи воістину фантастичні. Те, що робиться сьогодні в генній інженерії, вже мало чим відрізняється від фантастики. Адже схрестили же вчені клітку комара з кліткою людини і клітку людської пухлини з кліткою моркви!

У гідротермах знайдено два типи теплолюбних бактерій. Обидва вони відносяться до археобактерій. Скам`янілі останки цих бактерій були раніше виявлені в геологічних відкладеннях, вік яких близько 3,8 млрд. Років. Ніхто й гадки не мав, що в наші дні можуть бути знайдені їхні живі родичі. Виникла гіпотеза, що археобактерій - предки всіх живих істот на Землі. Втім, деякі вчені думають, що вони і не бактерії зовсім.

Так чи інакше, але мікробіологи давно відзначили, що мікроорганізми зазвичай більш життєздатні, ніж рослини і тварини. Вони можуть існувати при екстремальних умовах, коли ні тварини, ні рослини не виживуть.

Населення дивного світу, відкритого в поле гарячих гидротерм, не обмежується бактеріями і черв`яками. Виявилося, що там живуть і інші, значно більш високоорганізовані істоти. Повідомляється про відкриття 35 нових видів. Цілий новий світ небачених раніше тварин. Деякі повідомлення звучать настільки фантастично, що не всі вчені їм довіряють.

Обмежимося посиланням лише на одну роботу. У 1980 р американські вчені повідомили про відкриття в поле гидротерм нового многощетінчатого хробака Alvinella pompejana (Альвінелла помпейяна). Черв`як має довжину до 10 см. Товщина його приблизно з мізинець дорослої людини. Він виявлений в поле гидротерм на дні Тихого океану в точці з координатами 21 ° с. ш., 11 ° 13 з. д. Живе цей черв`як в нижній частині труб «чорних» і «білих курців» з зовнішнього боку, поблизу основи. Труби в цьому районі сягають висоти 17 м. Температура в місці проживання хробака - близько 260 ° С!

Свою назву многощетінчатий черв`як отримав на честь Алвина Вайна - головного конструктора підводного жилого апарату «Алвін», за допомогою якого він був знайдений. Точніше - витягнутий маніпулятором разом з шматком породи з підстави високого «курця».

Відео: Китайські вчені знайшли гідротермальних руду поруч з Японією (новини)

Живе цей черв`як в стресовому оточенні: перегріта вода, насичена отрутами, високий тиск - близько 300 атм, відсутність світла і фотосинтезу. А він живе. Як це може бути? Якщо все сказане підтвердиться в майбутньому іншими дослідниками, то таким тваринам, може бути, і на Венері виявиться в самий раз?

На малюнку наведено загальний вигляд многощетінчатого хробака Alvinella pompejana. Незважаючи на свої відносно малі розміри, черв`як цей - одна з найбільших загадок океану. Звідки всі ці численні тварини на дні в поле гидротерм беруть їжу? Як вони харчуються? Біомаса бентосу там іноді перевершує середню цифру майже в тисячу разів. Чим же вони живуть?

Загальний вигляд невідомого раніше многощетінчатого хробака Alvinella pompejana, відкритого в екологічному оазисі.

Відповідь виявилася несподіваною. Всі численне населення екологічних оазисів в темних глибинах живе за рахунок бактерій. Вони утворюють органічну речовину за допомогою хімічного синтезу (хемосинтезу). Цим органічною речовиною харчуються всі численні тварини в полях гидротерм. Встановлення факту, що хемосинтез бактерій може підтримувати потужні екологічні системи в глибині океану в темряві - одне з найбільших біологічних відкриттів в океані. Бактерії виконують роль першої ланки харчового ланцюжка в екологічних оазисах. Ними харчуються тварини, що утворюють такі ланки. Бактерії харчуються сірководнем та іншими неорганічними речовинами, наявними в великих кількостях в гідротермах. Вони живуть за рахунок хемосинтезу. Цей синтез відбувається без променів світла. Він був відкритий 100 років тому в лабораторії російським вченим Сергієм Миколайовичем Виноградским.

Що таке хемосинтез? 1887 Страсбург. Лабораторія німецького вченого Генріха Антона де Барі.

Молодий російський вчений С. Н. Виноградський після закінчення природничого відділення Петербурзького університету приїхав до Страсбурга на стажування в лабораторію де Барі, відомого німецького ботаніка, спеціаліста з водоростей і грибів.

Як наукової теми йому запропонували займатися не водоростями і не грибами, а сірчаними бактеріями. Бактерії тоді були в центрі уваги наукової громадськості в зв`язку з дискусією навколо вчення про поліморфізм. Вчення це мало численних прихильників. Суть його полягала в тому, що мікроби нібито не підкоряються закону сталості форми. Поліморфісти думали, нібито самі різні за формою і фізіологічною дією мікроби можуть взаємно переходити один в одного ...

Ретельні досліди Виноградського на водних серобактериями показали хибність цього вчення. Але одночасно із спростуванням поліморфізму він зробив важливе відкриття, що має пряме відношення до океану.

Одного разу С. Н. Виноградський побачив в клітинах бактерій кристалики сірки. Під мікроскопом проглядалися нитки великих сірчаних бактерій з вкрапленнями в них частинками сірки. Бактерії добре росли при повній відсутності органічних речовин, але потребували сірководні. Частинки сірки в тілах бактерій швидко зникали, коли в посудині закінчувався сірководень. Тому Виноградський періодично підгодовував їх сірководневою водою з джерела в місцевому парку.

" Для чого їм стільки сірки ?!" - Здивовано вигукнув де Барі, познайомившись з несподіваним спостереженням. Питання це довго хвилювало співробітників лабораторії. Виноградський припустив, що сірка відіграє роль запасного речовини, т. Е. Їжі. Як крохмаль у інших, звичайних бактерій. Подальші досліди показали, що він має рацію. Багато годин просиджував він за мікроскопом, спостерігаючи процеси обміну в цих дивовижних мікроби. Результати своїх спостережень С. Н. Виноградський сформулював як хемоавтотрофні зростання мікробів, заснований на окисленні ними сірководню до елементарної сірки з подальшим утворенням органічної речовини за рахунок вуглецю з вуглекислоти. Вуглекислота поглинається з води. Термін «хемоавтотрофні» означає, що бактеріям не потрібно ніяких інших джерел органічного вуглецю. Це було відкриття.

сірчані бактерії мають здатність використовувати енергію, що звільняється при окисленні сірководню, для створення органічної речовини з вуглекислоти і водню. Давно було відомо, що при згорянні сірководню в кисні виділяється досить багато енергії. Питання про використання сірководню в якості палива періодично обговорюється на сторінках преси і в наш час. Але в сірчаних бактерій процес окислення сірководню відбувається, зрозуміло, без полум`я, а виділяється енергія витрачається на розкладання вуглекислоти і утворення органічної речовини. У цьому полягає унікальна здатність серобактерий, відкрита молодим російським ученим.

У 1887 р Виноградський опублікував наукову роботу, де написав: «Органічне речовина на земній кулі утворюється при життєдіяльності живих істот не тільки в процесі фотосинтезу, а й у процесі хемосинтезу ...»

Це дивовижне відкриття принесло заслужену славу його автору, який був обраний членом-кореспондентом Петербурзької Академії наук, а з 1923 р він почесний член АН СРСР. С. Н. Виноградський також був членом Французької академії наук, Шведської сільськогосподарської і Туринської академій, Лондонського Королівського товариства. Роботи С. Н. Виноградського отримали широку популярність, він вважається засновником сучасної мікробіології.

Сірчані бактерії - аероби. Для своєї життєдіяльності вони мають потребу в кисні. Окислення сірководню ними йде за рівнянням:

2H₂S + 0₂-2S ° + 2H₂0 + G,

де G - енергія, що виділяється при цьому процесі. Це - екзотермічна реакція.

Може здатися дивним, що в результаті окисної реакції утворюється елементарна сірка. Але згадаємо шкільне правило: окислювач - грабіжник! Саме це і відбувається - у негативно зарядженого іона сірки, що входить в молекулу сірководню, віднімаються електрони. В результаті виходять нейтральні атоми елементної сірки- тому мова дійсно йде про окисленні. Рівняння хімічної реакції пояснює причину появи частинок сірки в клітинах, серобактерий, але не описує механізму створення органічної речовини. Освіта сірки - лише один з етапів в складному ланцюгу біохімічних реакцій, що відбуваються в цих бактеріях. Вони дуже складні. У спрощеній формі їх можна схематично описати рівнянням

4H₂S + 0₂+C0₂= CH₂0 + 4S + 3H₂0,

де СН₂0 - найпростіше органічна сполука вуглецю. Це - формальдегід. Його водний розчин відомий під назвою формаліну. Формальдегід - важлива сировина для виготовлення пластичних мас. Його виготовляють у великих кількостях на хімічних заводах з вугілля і вуглекислоти.

Сірководню та інших сульфідних сполук в океанській воді в районах дії гидротерм скільки завгодно. Тому з їжею для бактерій немає ніяких проблем.

Сірка - обов`язковий елемент живих організмів. За даними академіка А. П. Виноградова, середній вміст її в організмах становить лише 0,05%. Однак вона грає велику роль в життєвих процесах.

У полях гидротерм на дні виявлена ціла група хемосинтезирующих бактерій з декількох видів. Вони отримали загальну назву - тіонових бактерій. Тіонові бактерії сірку та її сполуки зробили своєю їжею. Але зазвичай всім тваринам потрібно не тільки харчування, а й дихання. Дихають вони киснем, як і ми з вами. Однак в екологічних оазисах багато і таких бактерій, яким кисень не потрібен, - це анаероби.

Відкриття екологічних оазисів на основі хемосинтезу в Тихому океані відноситься до числа найбільш дивовижних відкриттів в Світовому океані за останнє десятиліття. Вчені не припускали, що хемосинтез має таке велике значення і здатний підтримувати життя великих екологічних систем.

Тіонові бактерії можуть харчуватися не тільки сірководнем, але і іншими хімічними сполуками. Крім бактерій тионовими групи в екологічних оазисах є багато інших мікроорганізмів, які харчуються воднем, сполуками амонію, двоокисом азоту і, можливо, навіть іонами заліза і марганцю (див. табл.).

Основні види мікроорганізмів, виявлені в екологічних оазисах Тихого океану (дані на 1984 г.)

Американський морський мікробіолог Холгер Джаннаш відносить сіроокіслюючих хемолітотрофних бактерій до числа найбільш поширених в Світовому океані. У чотирьох перших рядках таблиці представлені окислюються ними сірка та її сполуки. Серед сіроокіслюючих мікроорганізмів в екологічних оазисах знайдені і ті, з якими працював С. Н. Виноградський. Великих бактерій Beggiato там місцями так багато, що вони утворюють у дна товсті білі шари. Подібні шари спостерігалися, наприклад, в районі Гуаймас. Там виявлені гігантські бактерії цього виду розміром до 100 мк. Але є і безліч інших.

В ході здійснюваних цими та численними іншими морськими бактеріями хімічних реакцій виділяється багато енергії, що замінює в глибинах енергію променів Сонця. В результаті хімічного синтезу утворюється органічна речовина.

Таблиця цікава широким асортиментом неорганічних речовин, що використовуються бактеріями для свого харчування. Споживаючи різні неорганічні речовини, в достатку наявні в гідротермах, мікроорганізми виробляють численні органічні сполуки, з яких будуються їх тіла. Ними харчуються всі тварини екологічних оазисів, самі не володіють чудовим даром хімічного синтезу. Деякі з найбільш «кмітливих» донних тварин, як, наприклад, черви Вестиментифери, культивують хемосинтезирующих мікробів в своїх трубчастих оселях. А щоб бактеріям жилося там краще, періодичними скороченнями своїх тіл прокачують порції свіжої води. Оригінальний мікробіологічний тваринницький комплекс в глибинах! Замість корів - черви, а замість трави - бактерії.

На дні навколо гидротерм виявлені у великих кількостях відкладення окислів марганцю і заліза. Передбачається, що вони є результатом життєдіяльності особливих бактерій. У цих відкладах були знайдені великі бактерії, схожі на відому на суші ціанобактерій. Реакції окислення заліза і марганцю наведені в восьмою і дев`ятою рядках таблиці. Можливо, що залізо і марганцевокислого окислюють бактерії вносять свій внесок в хемосинтез. Однак, «їдять» вони в дійсності залізо і марганець, експериментально перевірити поки не вдалося через великі труднощів культивування їх в лабораторії.

В мікробіології гидротерм дуже багато різних загадок.

Інтерес представляють високі цифри вільної енергії, що виділяється при різних хімічних реакціях, що використовуються мікроорганізмами. За кількістю енергії, що припадає на один моль окисляемого речовини, на першому місці стоїть реакція окислення негативного іона тіосульфату S₂O₃. При цій реакції виділяється 936 кДж моль^-1. На перший погляд ця велика цифра видається привабливою для використання в техніці. Однак якщо перерахувати виділяється в цьому випадку вільну енергію на одиницю маси тіосульфату, то питома теплота згоряння виявиться всього 3500 ккал / кг.

Це значно нижче кількості виділення енергії на одиницю маси при інших реакціях, використовуваних бактеріями.

Деякі дослідники пов`язують розмноження різних мікробів на поверхні Землі з сонячною активністю. Вони співвідносять епідемії і пандемії з кількістю плям на Сонці. Фізичний механізм зв`язку з цим поки не встановлено, але сама вона сумнівів не викликає і розглядається як одне з положень космічної біології. Мікробне населення екологічних оазисів океану представляє цікаву можливість для подальшого дослідження цього важливого питання. У темну глибину океану, де знаходяться екологічні оазиси, електромагнітні випромінювання Сонця не доходять. Оазиси надійно заекраніровани від них шаром солоної води в 2500 м завтовшки. Питається: чи буде змінюватися чисельність різних мікробів там при коливаннях сонячної активності?

Спостереження за поведінкою мікроорганізмів в екологічних оазисах дозволять підійти до дослідження цього питання з іншого боку. Це питання вперше підняв відомий радянський вчений A. Л. Чижевський. Але він до цих пір мало досліджений.

Підводна енергетика. На першому місці за величиною питомої теплоти окислення в реакціях бактерій варто водень. Його питома теплотворна здатність дорівнює 28 000 Ккал на 1 кг (при 237 МДж моль^-1). Водень - перший і самий теплотворної хімічний елемент з усієї таблиці Менделєєва. Не дарма харчування воднем освоїли мікроорганізми. Водородоокісляющіе бактерії успішно використовують цю реакцію давним-давно, з тих пір, як з`явилися в океані.

Вміст розчиненого водню в Світовому океані без урахування його кількості в водах гидротерм становить в середньому всього близько 10^-5 мл / л океанської води при нормальних умовах. Але обсяг вод Світового океану дуже великий - близько 1,33·10¹⁸ м³, або 1,33· 10²¹ л. Тому обсяг розчиненого водню визначається великою цифрою: 1,33·10¹³ л.

Щільність водню при нормальних умовах, т. Е. При 0 ° і тиску 1 атм, дорівнює 0,0899 г / л. Середня щільність водню, розчиненого у воді Світового океану, що обчислюється за формулою Менделєєва - Клайперона, становить 16,7 г / л (при розрахунку щільності середнє гідростатичний тиск було прийнято рівним 186 атм, а середня температура вод Світового океану дорівнює 276,8 ° К) .

Повна маса водню, розчиненого у водах Світового океану, без вод гидротерм визначається твором і дорівнює: 2,2 • 10⁸ т.

Значно більше розчиненого водню міститься в гідротермах поблизу океанського дна. Концентрація водню в гідротермах, за деякими даними, сягає 3 мл / л, майже в 300 000 разів більше середнього вмісту у водах Світового океану. Приймемо, що обсяг води всіх гидротерм, разом узятих, складає 0,1% від повного обсягу вод Світового океану, т. Е. 1,33·10¹⁸ л. При цьому умови в гідротермах буде знаходитися водень у кількості: 4·10¹⁵ л.

Визначити повну масу водню, розчиненого в гідротермах, важче, так як точно поки невідома середня їх температура, так само як і середнє значення гідростатичного тиску. Тому умовно приймемо, що середня щільність водню в гідротермах становить ті ж 16,7 г / л. Тоді повна маса розчиненого в них водню складе: 6,7·10¹⁰т, т. е. понад 60 млрд. т.

Це - величезна цифра. Вона свідчить, що гідротерми - багате джерело водню, який до того ж безперервно поповнюється. Разом із струменями гидротерм в океан безперервно надходять нові порції розчиненого водню. Це - практично невичерпне джерело відмінного палива. Необхідно навчитися отримувати його звідти на користь народного господарства.

Підрахунок має вельми наближений характер. Сьогодні ще немає точних даних про повному обсязі гідротермальних вод в Світовому океані, їх середній температурі і середньої концентрації водню в них. Однак при будь-якій можливій помилку в підрахунку (навіть в 10 разів!) Виявляється, що водень є потужне джерело енергії.

Використання енергії розчиненого водню може бути дуже корисно для різних цілей. Наприклад, для видобутку цінних підводних руд, для їх пошуку в глибоководних районах океану, для підвищення біологічної продуктивності океану за допомогою штучного апвеллинга і багатьох інших цілей. У тому числі для поповнення обмежених запасів енергії на підводних жилих апаратах (ПОА), що застосовуються для вивчення найбільш глибоководних районів Світового океану.

Одним з головних обмежень в радіусі дії ПОА є недостатній запас енергії в електричних акумуляторах ПОА. Витягуючи розчинений водень з гидротерм на місці виконання робіт, ПОА зможуть значно збільшити свої енергетичні ресурси. І не тільки їх.

Надлишок енергії на борту ПОА дозволить істотно поліпшити автономність апаратів по запасах кисню і умов проживання екіпажу. Для вирішення всіх цих питань необхідна нова техніка, гідна XXI ст.

Щоб витягти з океанської води розчинений в ній газ, її доведеться прокачувати через деаератор. Так називається особливий прилад для вилучення розчинених газів з води. Вперше з необхідністю створення такого приладу зіткнувся французький вчений Жорж Клод в своїх експериментах над теплоенергетичної установкою відкритого циклу. Це було в першій третині закінчується століття. Тоді йому не вдалося вирішити цю задачу.

В останні роки в цьому напрямку працюють американські вчені в зв`язку з розробкою тієї ж відкритої системи перетворення теплової енергії океану. В їх завдання входить видалення з води всіх розчинених газів. У нашому випадку завдання ускладнюється тим, що потрібно освоїти виділення з води водню і окремо від нього кисню. Останній необхідний для спалювання палива та дихання екіпажу.

Кисню у водах Світового океану розчинено в середньому значно більше, ніж водню. Але є ще й інші гази, в тому числі багато вуглекислоти. Щоб змогла успішно розвиватися підводний енергетика, необхідно створити такі деаератори, які забезпечать роздільне виділення різних газів з води.

Людство ще тільки підходить до широкого застосування водню на Землі. Бактерії нас явно випередили. Багато вчених вважають: водень - паливо майбутнього. Для такого судження є досить вагомі підстави.

Крім високої енергоємності, т. Е. Високої теплотворної здатності, застосування водню як палива забезпечує екологічну чистоту навколишнього середовища. У циліндрах двигунів внутрішнього згоряння, що працюють на водні, процес горіння йде тим самим рівнянням, що і в тілі бактерії. Тому замість отруйних вихлопних газів утворюються пари води, які не забруднюють атмосферу.

Повідомлялося, що через високу температуру спалаху в циліндрах водневих двигунів внутрішнього згоряння все-таки утворюються ще деякі побічні речовини типу оксидів азоту. Але вони практично не утворюються при роботі на водні двигунів зовнішнього згоряння. Йдеться про двигун Стірлінга.

Він був винайдений шотландцем Робертом Стерлингом в 1816 р Але широкого поширення не отримав через низький коефіцієнт корисної дії (ККД) - всього близько 3%. У наш час цей двигун переживає своє друге народження. Його ккд доведений тепер до 40-42%, як у кращих дизельних двигунів. Завдяки винятковій простоті свого пристрою двигуни Стірлінга можуть довго працювати без технічного обслуговування. Кілька років роботи без профілактики і ремонту. Це дуже важлива якість, особливо в морській справі.

У двигунах зовнішнього згоряння немає клапанів, немає штовхачів, немає розподільних валів. Словом, немає ніяких деталей механізму розподілу. Немає і пристроїв для вприскування палива, т. Е. Форсунок, насосів і деталей їх приводу. Немає системи запалювання. Двигун працює плавно і безшумно, без поштовхів і вібрацій. Паливо згорає майже повністю. Вміст шкідливих речовин у відхідних газах не вище, ніж у добре налагодженої кухонної газової плити. Можна обійтися і взагалі без палива, якщо застосувати для нагріву циліндра сонячне тепло або гарячі струмені гидротерм.

Цей дивовижний двигун може працювати в космосі і під водою. Остання властивість особливо важливо в нашому випадку. Повідомлення говорять про те, що підводний човен з двигуном Стірлінга не потребує ні в електричних акумуляторах, ні в атомних реакторах.

Роботу двигуна в зануреному стані пропонується забезпечити спалюванням метанолу або дизельного палива в штучній атмосфері з відпрацьованого газу з добавкою 20% кисню. Як повідомляється, в цьому випадку відбувається майже повне перетворення палива в водяну пару і вуглекислий газ. При охолодженні суміш газів конденсується в насичену вуглекислотою воду і в сильно розбавленому стані може відкачували в морську воду без утворення міхурів.

Відео: гідротермальні системи світового океану. А.Ю.Лейн

Ще одна важлива особливість двигуна Стірлінга - він легко переводиться в режим компресора-холодильника. Саме в такому режимі його часто застосовують на штучних супутниках Землі для охолодження приймачів інфрачервоного випромінювання. Приймачі ці добре працюють лише при температурах, близьких до абсолютного нуля.

При дослідженнях за допомогою ПОА глибинних полів гидротерм наявність на борту досить потужного холодильника також буде дуже корисно для екіпажу. Ілюмінатори ПОА з пластмас є одним з найбільш легкоуязвімий елементів конструкції. Але їх можна замінити на ілюмінатори з кварцового скла. Воно не боїться підвищеного нагріву і набагато міцніше. А для забезпечення безпеки екіпажу від перегріву при роботі в районі гарячих гидротерм необхідний досить потужний кондиціонер, здатний хоча б тимчасово затримати надмірний нагрів кабіни з екіпажем. Машина Стірлінга підходить для вирішення цього завдання.

Двигун Стірлінга має отримати заслужене місце в сучасному світі, стурбованого відновленням чистоти навколишнього середовища. Широке впровадження водневої технології пов`язано з успішним вирішенням багатьох питань. До числа їх належить не тільки пошук найоптимальніших дешевих способів отримання водню, але також і розробка найбільш зручних способів його транспортування і зберігання в баках різних пересувних засобів, до числа яких відносяться не тільки ПОА, але також і численні інші, наприклад автомобілі. Тут є широке коло цікавих питань.

Світло від води. Дослідження Ю. А. Бабошина, С. Л. Лопатнікова і Н. І. Попова переконливо показує, що тварини абісальних глибин мають можливість бачити. У найглибших районах океану немає абсолютного мороку. Там завжди є деяка освітленість. Але не від Сонця, а від ... води. Світіння води дозволяє тваринам отримувати зорову інформацію про навколишній світ. Можливо, ця обставина є однією з умов багатства життя в екологічних оазисах.

В океані завжди відбувається світіння води завдяки випромінюванню світла електронами, що утворюються за рахунок розпаду радіоактивних елементів, в першу чергу радіоактивного ізотопу калію-40.

Якщо електрон рухається зі швидкістю вище швидкості світла в воді, він генерує світло. Це явище називається ефектом Вавілова - Черенкова. Радянські вчені відкрили його експериментально в 1934 р Як нещодавно з`ясувалося, теоретично цей ефект задовго передбачав англійський фізик і математик О. Хевісайд.

У 1888 р Хевісайд передбачив світлове випромінювання при русі зарядів в діелектриках з надсвітовою швидкістю. Але ця робота не була помічена його сучасниками. Її знайшли зовсім недавно, коли розбирали його наукова спадщина.

Інтенсивність світіння води в Світовому океані по всій глибині неоднакова. Її зміни визначаються не тільки статистичними нерівномірно радіоактивного розпаду. Неоднаковість світіння різних верств викликана особливостями розподілу радіоактивних випромінювачів в товщі води. У метровому шарі води, що прилягає безпосередньо до океанського дна, світіння вище за рахунок гамма-випромінювання мінералів дна. Гамма-випромінювання викликає утворення електронів, здатних ефективно генерувати черенковськие фотони.

У водах гидротерм спостерігається також деяке збільшення кількості черенковських фотонів, що пояснюється збільшенням вмісту в них радіоактивних елементів. Однак явище це не призводить до істотного збільшення освітленості через підвищену каламутності вод. Каламутність викликає підвищене поглинання черенковского світла.

Середня інтенсивність черенковского світіння в Світовому океані знаходиться в межах 10^-11-10 ^-12 Вт / м². Це дуже слабка освітленість. Вона приблизно на чотири порядки менше освітленості поверхні океану в темну, безмісячну ніч, коли небо закрите хмарами.

Настільки слабку освітленість зручніше характеризувати числом квантів, т. Е. Фотонів, що падають на одиничну площадку в одиницю часу. Середня опромінення товщі океанської води становить приблизно 1 тис. Фотон / см²- з і може досягати 3 тис. фотон / см²- с. Остання цифра відноситься до ідеально прозорій воді океану з показником поглинання близько 0,01 (1 / м). Подібна опромінення створюється рівномірно розподіленими в товщі води океану радіонуклідами, т. Е. Джерелами черенковского світла, щомиті створюють в кожному літрі морської води приблизно 325 фотонів.

Цифри свідчать, що в глибинах океану не так вже темно, як вважалося зовсім недавно. Там завжди є деяка освітленість, або, краще сказати, опромінення, що дозволяє тваринам бачити один одного.

Джерело світла інтенсивністю в кілька десятків світлових квант в секунду може бачити людське око. Це довів академік С. І. Вавилов в 1934 р, коли він зі своїм співробітником побачив таке джерело після тривалої адаптації.

Очі глибоководних тварин (риб) набагато краще людських пристосовані до бачення при таких низьких освітленості. Природний фотодетектор - очей глибоководного тваринного за своїми можливостями далеко перевершує прилади, створені людиною. Тому нам важко навіть уявити той найсильніший шок, який неминуче виникає у абісальну населення океану, коли дослідники ведуть спостереження за допомогою підводних телевізійних установок, застосовуючи потужну підсвічування.

Звідси випливає актуальність розробки нових, більш чутливих систем підводного телебачення.

Складено графіки, що показують глибини, починаючи з яких черенковское світіння морської води переважає над сонячним світлом. Ця глибина залежить від довжини хвилі сонячного світла і від прозорості вод Світового океану.

Цікаво, що для вод I типу (Найбільш прозорих) переважання черенковський освітленості для світлових хвиль довжиною близько 450 нм починається на глибинах трохи більше 1 тис. М-для вод III типу (найбільш митних) - з глибин менше 200 м. Особливо значне переважання черенковского світла спостерігається для ультрафіолетових променів з довжиною хвилі 300 нм. Для III типу вод воно має місце вже з глибини всього 30 м. Таким чином, ультрафіолетова компонента підводного світу виявляється практично повністю обумовленою черенковський джерелами.

Зір - потужний біологічний фактор. Встановлення можливості користування зором для живих істот на великих глибинах представляє науковий інтерес. Повинно пройти ще якийсь час для повного усвідомлення і розуміння цього несподіваного висновку.

Сітківка очей деяких глибоководних риб за старими даними начебто складається тільки з одних паличок. Але вони забезпечують тільки сутінковий зір, що не дозволяє розрізняти кольори. Для кольорового зору в очах глибоководних тварин повинні бути колбочки. Виявлення їх пояснить користь кольорового забарвлення.