№5, 2004 г.
© Мурдмаа И.О., Келлер Н.Б.
На пороге Средиземноморья
И.О.Мурдмаа,
доктор геолого-минералогических наук
Н.Б.Келлер,
кандидат биологических наук
Институт океанологии им.П.П.Ширшова РАН
МоскваПамяти Казимираса Миколовича Шимкуса
Недавно в последних известиях промелькнуло сообщение о том, что Испания и Марокко возобновляют прерванные почти на десятилетие работы по сооружению железнодорожного тоннеля под Гибралтаром. Оно напомнило нам лето 1994 г., когда экспедиция Южного отделения Института океанологии им.П.П.Ширшова РАН под руководством видного морского геолога К.М.Шимкуса (1935—2001) на небольшом исследовательском судне “Рифт” исследовала порог Гибралтарского пролива.
Знаменитый пролив был оживленным морским путем еще в античном мире, на заре европейской цивилизации. Через западные ворота Средиземного моря выходили в Атлантический океан финикийские мореплаватели. Древние греки окрестили две горы по обе стороны от пролива Геркулесовыми столбами, за которыми, согласно Платону, находилась мифическая Атлантида. Здесь проходили римские галеры, направлявшиеся в главный атлантический порт Римской империи Кадис, основанный еще финикийцами. Карфагенский властитель Ганнибал переправил свое войско с боевыми слонами через Гибралтар завоевывать Рим. Столетиями позже проливом завладели арабы, которые построили на его берегах две крепости — Танжер на африканском и Тарифа на европейском, где с проходящих торговых судов собирали дань. Отсюда происходит название таможенного тарифа и уютного средневекового городка, который служил нам пристанищем в течение месяца. Работа выполнялась по контракту с марокканско-испанской компанией в рамках изысканий под строительство транспортного тоннеля между Европой и Африкой. Исследования велись с помощью обитаемого подводного аппарата “Аргус”. Шимкус и стал первым геологом (а вместе с пилотами “Аргуса” одним из первых людей), своими глазами увидевшим дно знаменитого пролива; И.О.Мурдмаа — один из авторов этой статьи — вторым.
Порог глазами очевидцев
Порог протягивается 18-километровой выгнутой в сторону Атлантического океана дугой между юго-западной оконечностью Пиренейского п-ова и северо-западным побережьем Африки. Это узкая подводная гряда с глубинами над вершиной 100—300 м, ограниченная на обоих концах крутыми сбросовыми уступами, свидетельствующими о тектоническом опускании (провале) порога при открытии Гибралтарского пролива. Гряда находится западнее самого узкого створа Гибралтарского пролива, где глубина превышает 800 м. Когда возникла амбициозная идея проложить тоннель под Гибралтаром (благодаря чему наша экспедиция там и оказалась), проектировщики выбрали, по вполне понятным причинам, более длинный маршрут под порогом. Иначе пришлось бы закладывать тоннель на километровой глубине. Но и здесь проектная глубина достигала 500 м ниже уровня моря.
Что же мы видели через маленький иллюминатор “Аргуса” на Гибралтарском пороге? Первые впечатления Шимкуса об увиденном на дне звучали примерно так. Голые скалы. Рыхлых осадков вообще нет. Стоят параллельные стенки толщиной в несколько метров и высотой до десятка метров, обросшие донной фауной, а между ними гладкое твердое дно аж блестит. Все промыто течениями. Стенки — это очевидно вертикально стоящие пласты песчаника, а более мягкие глинистые породы (аргиллиты) в промежутках размыты. Нет сомнений — на дне распространен тот же сильно деформированный нумибийский флиш (многокилометровая ритмично слоистая толща розоватых песчаников и серых аргиллитов), который обнажается на обоих берегах пролива. Похожую картину уходящих под воду параллельных “ребер” почти вертикально стоящих пластов флиша можно видеть на пляжах Тарифы.
Нумибийский флиш накопился в меловом периоде геологической истории на подножии южного (африканского) континентального склона мезозойского океана Тетис. Этот древний океан, названный по имени греческой богини, дочери бога Океана, простирался между континентами Гондваны и Лавразии от Америки на западе до соединения с Тихим океаном на востоке. Закрытие западного Тетиса в результате сближения, а затем жесткого столкновения Африканской литосферной плиты с Евразийской привело к формированию складчатых горных цепей от Пиренеев, Атласских гор и Альп до Карпат и Кавказа. На Андалузию надвинулись из Африки нумибийские песчаники, вздыбившись вертикальными пластами и закрыв проход из Средиземного моря (реликта Тетиса) в Атлантический океан.
Последовали поистине драматические события, известные как Мессинский кризис.
Мессинский кризис
В геологической истории Средиземного моря было время, когда оно почти высохло, испарилось. Случилоь это в самом конце миоцена, в мессинском веке (6.3—5.3 млн лет назад), в результате закрытия пролива между Средиземным морем и Атлантическим океаном, который в то время находился южнее современного Гибралтара.
Средиземное море, остаток Тетиса, превратилось в громадное глубокое озеро, вода которого в условиях сухого жаркого климата стала быстро испаряться. Уровень гигантского моря-озера понижался, а соленость воды увеличивалась, пока не достигла насыщения и не началось осаждение солей. За сравнительно короткое время (около 0.5 млн лет) на дне высыхающего сверхсоленого бассейна накопился толстый (мощностью до 2500 м) слой соли, который по сей день подстилает в виде прочного фундамента толщу более молодых рыхлых донных отложений, накопившихся за последние несколько миллионов лет, прошедших со времени Мессинского кризиса. Факт присутствия пластов солей подтвержден геофизическими исследованиями и глубоководным бурением.
Честно говоря, трудно себе представить на месте Средиземного моря яму глубиной более двух километров, отгороженную узким гористым перешейком от Атлантического океана. Картина почти невероятная — плотина между Африкой и Европой запрудила океан, в котором уровень воды оказался на два километра выше той соляной ямы. Мало того, такая же плотина должна была существовать на востоке — между почти высохшим Средиземным морем и Индийским океаном.
Долго такое неустойчивое сооружение существовать не могло. И вот плотину прорвало, скорее всего при сильном землетрясении, связанном с подвижками земной коры в крупном Азоро-Гибралтарском разломе, протягивающемся от Азорских о-вов через Гибралтарский пролив в Средиземное море. Прорыв произошел примерно 5.3 млн лет назад на месте современного Гибралтарского пролива. Воды Атлантики хлынули через пролив в яму Средиземного моря в виде грандиозного водопада. Для заполнения огромного глубокого бассейна потребовалось столько воды, что уровень Мирового океана заметно понизился, что действительно установлено путем изучения осадочных разрезов, вскрытых глубоководным бурением. С этой катастрофой связывают существенные изменения климата и условий обитания живых организмов в Мировом океане.
Средиземное море в момент прорыва атлантических вод через Гибралтарский пролив.
Похоже, что именно следы Мессинского водопада запечатлены в причудливом рельефе дна порога Гибралтарского пролива. Во всяком случае здесь наши с Шимкусом точки зрения в целом совпали. Геоморфолог Ю.Д.Евсюков, обеспечивавший данный раздел работ нашей экспедиции, тоже не возражал. Правда, в наших беседах обсуждалась и другая идея — о тектоническом происхождении крутых расщелин и гряд, увиденных на дне. Вспомнили про Азоро-Гибралтарский разлом. В конце концов сошлись на том, что одно другому не противоречит. То, что порог подвергался воздействию сильнейших течений, промывших в породах флишевой толщи глубокие русла, было очевидно. А других виновников такой деятельности, кроме Мессинского водопада, мы придумать не смогли. Глядя на стенки песчаника и ущелья между ними, мы мысленно представляли себе бурные потоки вод Атлантики, несущиеся через порог и падающие с двухкилометровой высоты на покрытое солью дно высохшего Средиземного моря.
Говорят кораллы
Первое требование заказчиков к экспедиции — обследование плоского плато в средней части Гибралтарского порога на глубине около 200 м. Дело в том, что наши предшественники англичане, проводившие детальную съемку рельефа и грунтов вдоль трассы тоннеля, подняли трубками с поверхности плато только обломки кораллов. Ни донных осадков, ни обломков пород им обнаружить не удалось. Возникло подозрение, что плато может представлять собой погруженный древний коралловый риф. На фоне расчлененного рельефа порога резко выделялись овальная форма и ровная горизонтальная поверхность плато, которое по морфологии действительно напоминало затонувший коралловый атолл. Наличие на пути тоннеля массива пористых рифовых известняков могло существенно осложнить строительство и привести к большим дополнительным затратам. Нам предстояло либо подтвердить, либо опровергнуть такое предположение.
Задачу взялся решать сам начальник экспедиции. Погружаясь на “Аргусе” в район южного края плато, он проследил, как почти вертикально стоящие пласты песчаника уходили под густые заросли ветвистых кораллов. Опытному геологу Шимкусу стало ясно, что никакого древнего рифа здесь нет, а совсем молодые, в том числе живые колонии кораллов растут на прочном фундаменте смятых в складки песчаников мелового возраста, тех самых нумибийских песчаников, на которых стоит Тарифа.
И вот “Аргус” парит над покрытой зарослями кораллов вершинной поверхностью плато. Однообразие подводного кустарника изредка нарушается появлением небольших прогалин, в которых просматривается слоистое строение фундамента этого необычного глубоководного рифа. По ходу подгоняемого течением “Аргуса” разглядеть предполагаемые обнажения не удается, и Шимкус дает указание пилотам садиться на дно. Под хруст ломающихся кораллов подводный аппарат совершает посадку в одной из прогалин. Видеокамера фиксирует характерную ребристую картину выходов слоистых песчаников, над которыми на 1—1.5 м возвышаются “кусты” кораллов.
Все заснято, дана команда к всплытию, но аппарат не сдвигается с места. “Кажется, застряли”, — записывает К.Шимкус на диктофоне и далее подчеркнуто деловым тоном дает информацию о месте нахождения аппарата, окружающей обстановке, сделанных научных наблюдениях. Минуты идут, а пилотам никак не удается высвободить лыжи “Аргуса”, застрявшие в коралловых зарослях. На борту “Рифта”, где мы напряженно следили за событиями на дне, уже поговаривают о необходимости выключения всех приборов для экономии электроэнергии, когда снизу приходит успокоительная весть: “Освободились”.
Благополучно закончившийся драматический инцидент возбудил интерес геологов экспедиции к проблемам донного населения Гибралтарского порога и прежде всего к глубоководным кораллам, образцы которых, собранные на “Аргусе”, были переданы второму автору этой статьи — Н.Б.Келлер. Некоторые результаты ее исследования, приведенные ниже, помогают понять развитие экологической обстановки на Гибралтарском пороге в течение последних тысячелетий.
На скальных выходах и уступах Гибралтарского порога наблюдаются многочисленные поселения изящных ветвистых колониальных беззооксантеллятных склерактиниевых кораллов. Именно они образуют описанные выше заросли на скалистых вершинах подводных плато. В отличие от рифообразователей склерактиний эти кораллы лишены одноклеточных водорослей — зооксантелл и способны жить на больших глубинах океана, куда не проникает солнечный свет, необходимый для фотосинтеза водорослей.
Рядом в изобилии растут более мощные ветви гидроидных кораллов стиластерид вида Errina aspera. Известковые белоснежные основания колоний и тех, и других кое-где образуют сплошную корку на скальных породах. В зарослях колониальных кораллов или на прогалинах между ними нередко встречаются небольшие группы одиночных кубковидных коральчиков с плотными известковыми стенками, укрепленными внутри многочисленными септальными перегородками и крепким столбиком, относящихся к виду Caryophyllia cyathus. Этот вид широко распространен в Атлантическом океане и в Средиземном море на глубинах от 70 до 300 м.
Среди колониальных ветвистых склерактиний Гибралтарского порога различаются пять видов: Madrepora oculata, Solenosmilia variabilis, Lophelia prolifera, Dendrophyllia cornigera, D.gaditana. Первые четыре вида — космополиты; они приспособлены к меняющимся условиям окружающей среды и встречаются в Мировом океане повсюду, кроме антарктического побережья, причем прекрасно себя чувствуют как на малых, так и на больших глубинах — соответственно до 1500, 1260, 2170 м. D.gaditana менее распространен; он встречается как на мелководьях, так и на глубинах до 600 м в восточной Атлантике и в Средиземном море.
Таксономическое однообразие кораллов Гибралтарского порога особенно бросается в глаза при сравнении с близлежащими районами океана. В Атлантическом океане, у входа в Гибралтарский пролив, на подводных горах Ормонд, Горриндж и на некоторых других поднятиях между Португалией и о.Мадейра живут разнообразнейшие склерактинии 22 видов. Иберо-Марокканский залив населен 44 видами этих кораллов. В море Альборан (запад Средиземного моря) обитает 20 их видов. И это не удивительно. Только немногие, особенно пластичные, хорошо приспособленные виды могут выжить в суровых условиях Гибралтарского порога.
Глубиной менее 300 м он полностью изолирует Средиземноморский бассейн от влияния холодных глубинных вод Атлантического океана. Поток Атлантических вод, входящих в Средиземное море, охватывает лишь поверхностный слой до 150—175 м. Эти воды отделены четким скачком плотности от встречного потока подповерхностных вод.
Для нормального существования большинства склерактиниевых кораллов требуется вполне определенная для каждого вида температура. Одни не переносят повышения температуры свыше 4°С, другие — свыше 10°С и поэтому не могут существовать в условиях глубоководных частей порога (более 200 м), где дно омывается стремительными потоками теплых вод высокой солености, к тому же бедных кислородом, вытекающих из Средиземного моря.
Максимальная скорость поверхностного течения в средней части Гибралтарского пролива достигает 80—100 см/с, а местами до 200 см/с и более. К этим величинам периодически добавляется скорость приливно-отливных течений. Скорости придонных течений над порогом почти такие же, а временами могут быть и выше. Акванавты на “Аргусе” неоднократно испытывали на себе буйство этих течений, а также коварных внутренних волн, развивающихся на границе нижних средиземноморских и верхних атлантических вод.
Поэтому естественно изобилие обломанных мертвых кораллов именно в средней части Гибралтарского порога. Количество просто окатанных и сильно окатанных (до гальки) экземпляров резко возрастает на вершине хребта, особенно в его средней части, где они и были собраны при погружениях “Аргуса”. Обратите внимание, речь идет о мертвых кораллах, перенесенных и окатанных сильными придонными течениями. Местами на пониженных скалистых площадках наблюдались целые валы и “сугробы” из окатанных одиночных кораллов и обломков ветвистых кораллов, намытые течениями. Живых организмов здесь нет, они обитают в стороне, на выступах скал и вершине плато.
Датирование радиоуглеродным методом окатанных экземпляров двух наиболее обычных в этой части хребта видов рода Caryophyllia (С.cyathus и С.smithi) дали возраст 1700±70 и 2040±90 лет.
Мы знаем, что для нормального существования склерактиний оптимальны постоянные умеренной скорости течения, несущие кораллам планктон и другие питательные вещества и помогающие очистить чашечки от осадка. Поэтому кораллы — жители подводных гор — обычно селятся на скальных участках вблизи расщелин или обрывов, повернув свои щупальца в направлении водных потоков. Напрашивается вывод, что в начале нашего летоисчисления, когда кораллы пышно развивались на гребне средней части Гибралтарского порога, условия жизни были более благоприятны, чем ныне.
Что же изменилось с тех пор? Однозначного ответа пока нет, и можно строить лишь более или менее правдоподобные гипотезы.
Известно, что в настоящее время склерактиниевые кораллы в Средиземном море живут только в верхнем 600-метровом водном слое, ниже встречаются только их мертвые скелеты — очевидно, что хотя склерактинии в миоценовое и плиоценовое время были там таксономически однообразны (всего четыре вида), но обитали на глубинах до 3000 м в изобилии. Определения абсолютного возраста скелетов кораллов радиоуглеродным методом дали цифры от 15 тыс. до 30 тыс. лет, чем глубже были найдены фоссилизированные скелеты, тем они оказывались древнее: возраст древнейших из них был определен в 22000 лет для вида, поднятого с глубины 2200 м, и 31800 лет — с глубины 3388 м.
Вымирание глубоководных кораллов в Средиземном море происходило как из-за губительного воздействия высокой температуры на глубинах, так и из-за нарушения вертикальной циркуляции водных масс в связи с потеплением климата. Установлено, что температура глубинных вод Средиземного моря неуклонно повышалась после максимума последнего (поздневюрмского) оледенения 18 тыс. лет назад и в настоящее время достигает +13°С, что должно было привести к гибели холодноводных видов кораллов на больших глубинах. Ослабление придонной циркуляции ограничило снабжение глубоководных прикрепленных донных животных пищей — взвешенным органическим веществом, а также кислородом.
Надо, конечно, иметь в виду, что одновременно происходил подъем уровня моря за счет таяния материковых ледниковых щитов от наиболее низкого стояния во время максимума последнего оледенения (100—120 м ниже современного) до самого высокого во время климатического оптимума голоцена (около 6 тыс. лет назад), за которым последовало некоторое похолодание и понижение уровня. В голоцене (т.е. в течение последних 10 тыс. лет) выявлено еще несколько циклов похолоданий и потеплений периодом около 1500 лет, среди них наиболее известны средневековый теплый период с кульминацией в начале второго тысячелетия нашей эры и последовавший за ним “малый ледниковый период” (1400—1900 гг.).
На донном населении Гибралтарского порога эти изменения могли сказаться через вариации поступления бедных кислородом теплых и очень соленых подповерхностных средиземноморских вод, которые сейчас отделены резким скачком плотности (пикноклином) от втекающих в Средиземное море менее соленых, насыщенных кислородом поверхностных вод Атлантики. Можно предположить, что в относительно холодные эпохи, прежде всего во время оледенения, при низком стоянии уровня моря, поток средиземноморских вод в Атлантику был слабее, а сами эти воды были холоднее и богаче кислородом, чем в теплые периоды. Это должно было способствовать развитию холодолюбивой фауны глубоководных кораллов как в Средиземном море, так и на Гибралтарском пороге.
Наши датировки кораллов рода Caryophyllia свидетельствуют о том, что они жили в относительно холодное время, предшествовавшее теплому средневековью. Не здесь ли кроется причина их относительного расцвета на пороге во времена заката Римской империи?
Что касается возобновления планов строительства тоннеля между Африкой и Европой, может быть, наш скромный вклад в геологическую историю Гибралтарского порога, сделанный в XX в., окажется полезным в осуществлении проекта века, теперь уже двадцать первого. Во всяком случае, проектировщики не будут теперь опасаться безобидных глубоководных коралловых рифов на Гибралтарском пороге.
